Um novo biomaterial para regenerar o tecido

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Um novo biomaterial para regenerar o tecido
Um novo hidrogel suporta células vivas e pode suportar ambientes dinâmicos para ajudar a reparar o
tecido no coração, músculos e cordas vocais.
Uma imagem renderizada do biorreator de cordas vocais para testar os hidrogéis. Crédito da imagem:
Zixin He
A medicina vem evoluindo há milhares de anos, mas só recentemente conseguimos aproveitar
mecanismos biológicos microscópicos para não apenas melhorar a intervenção terapêutica, mas para
entender as causas subjacentes da doença.
Em vez de apenas tratar doenças ou lesões, regenerar órgãos e tecidos danificados tem sido um sonho
de longa data. Esta área de pesquisa começou a tomar forma no início dos anos 2000 com o advento
das terapias com células-tronco e os avanços na engenharia de tecidos. Central para esta área de
pesquisa têm sido materiais chamados hidrogéis, que são redes de polímeros absorventes de água que
imitam os ambientes físico, químico e biológico dos tecidos vivos.
Eles têm sido fundamentais para levar esse campo adiante, servindo como plataformas de entrega de
drogas, imitadores de tecidos e modelos de doenças. Mas houve obstáculos que os impedem de atingir
todo o seu potencial.
“Há dois desafios no campo”, diz Guangyu Bao, candidato a Ph.D. no Departamento de Engenharia
Mecânica da Universidade McGill. “Primeiro, os hidrogéis mais injetáveis não são porosos e, por isso,
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nutrientes e oxigênio só podem se difundir menos de 1 milímetro na maioria dos hidrogéis. Este intervalo
não é suficiente quando os tecidos e órgãos são maiores do que vários centímetros.
Em segundo lugar, a maioria dos hidrogéis injetáveis não pode sobreviver a ambientes altamente
dinâmicos. Um caso extremo é o corpo vocal humano, onde o órgão vibra centenas de vezes por
segundo. Isso coloca desafios para a estabilidade mecânica dos hidrogéis injetados”.
Os hidrogéis porosos e resistentes são os melhores dos dois mundos
Bao é autor correspondente em um artigo publicado na Advanced Science – juntamente com Luc
Mongeau e Jianyu Li – no qual um novo hidrogel poroso é relatado que é resistente o suficiente para
reparar órgãos desafiadores e em movimento, como o coração, músculos e cordas vocais.
Os hidrogéis porosos já foram desenvolvidos antes e servem a um propósito importante: eles são mais
facilmente injetados – ou seja, não danificados quando passam por uma agulha – e promovem melhor a
difusão de nutrientes para ajudar as células implantadas a sobreviver. Mas há, compreensivelmente,
uma troca como quanto mais porosa um hidrogel, mais prontamente ele vai desmoronar sob estresse
mecânico.
Bao e seus colegas se voltaram para hidrogéis de rede dupla, um hidrogel especial que consiste em dois
tipos de polímeros: um polímero rígido e reticulado e um polímero flexível e dúctil. Isso lhes proporciona
um alto grau de resistência, mantendo uma consistência suave, comparável à borracha. Exemplos
atuais, portanto, resolvem o problema de estabilidade mecânica, mas sua baixa porosidade os torna
inadequados para injeção ou suporte a células vivas.
A equipe, portanto, desenvolveu sua própria versão, que eles chamaram de uma hidrogel de “rede dupla
porosa”. Ele contém um componente rígido e flexível, com a ressalva de que ele se forma
interconectado, poros do tamanho de células após a injeção. “Ao contrário de muitos hidrogéis porosos
que são enfraquecidos por seus poros, [nossos hidrogéis de rede duplos] são resistentes e resilientes
[...] apesar da presença de poros semelhantes a defeitos”, escreveram em seu artigo.
Um tratamento one-stop para reparação de tecidos
O hidrogel aproveita a separação de fase de um polissacarídeo chamado quitosana, encontrado no
esqueleto de marisco. Na temperatura corporal e no pH fisiológico, os polímeros de quitosana se
separam em uma camada rica em polímeros e pobres em polímeros, a última das quais é principalmente
água - e perfeita para células em crescimento. Isso resulta na formação de grandes poros após a injeção
que foram encontrados para promover o crescimento celular e exibiu difusão além de 60 mm em
modelos de órgãos - o maior valor relatado na literatura.
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Os pesquisadores testaram três hidrogéis em um biorreator de cordas
vocais. Embora o novo hidrogel permanecesse estável, os dois hidrogéis
padrão, que representam a maioria dos hidrogéis injetáveis existentes, não
sobreviveram ao teste. Crédito da imagem: Sareh Taheri
“Nosso objetivo é oferecer um tratamento único para reparar permanentemente os tecidos danificados”,
disse Bao. Para testar isso, a equipe aplicou seu hidrogel em um modelo de corda vocal e descobriu que
era estável mesmo após seis milhões de estímulos mecânicos.
Bao diz que, em seguida, testará a biocompatibilidade, a degradação e os efeitos terapêuticos nos
reparos dos tecidos moles: “Estamos prontos para enfrentar novos desafios e aguardamos os próximos
capítulos do desenvolvimento de nossa tecnologia”.
“Nosso trabalho destaca a sinergia da ciência dos materiais, engenharia mecânica e bioengenharia na
criação de novos biomateriais com desempenho sem precedentes”, disse Li em um comunicado.
“Estamos ansiosos para traduzi-los para a clínica.”
Referência: Sareh Taheri, et al. Injetável, Pore-Forming, Perfusável Hidrogelos de Rede Dupla
Resilientes a Estimulações Biomecânicas Extremas, Ciência Avançada (2021). DOI:
10.1002/advs.202102627
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202102627?__cf_chl_jschl_tk__=InbpUadobt1ELfRu7fMJAmQbl.oJse5f84_0eY4sjlI-1639470912-0-gaNycGzNDD0