Os químicos da Rice University usaram a capacidade adesiva de um composto encontrado em mexilhões e a força de cisalhamento para ajudar em uma escala nano, peptídeo de múltiplos domínios, visto no topo, auto-montar em um feixe de fibra que pode ser retirado com uma pinça. Os pesquisadores disseram que a fibra pode auxiliar na manipulação de culturas de células, entre outras aplicações. Crédito:Hartgerink Research Group / Rice University
Os químicos da Rice University podem agradecer ao mexilhão por colocar o músculo em suas novas fibras de estrutura em macroescala.
O laboratório do químico Jeffrey Hartgerink já havia descoberto como fazer nanofibras biocompatíveis a partir de peptídeos sintéticos. Em novo trabalho, o laboratório está usando um aminoácido encontrado nos pés pegajosos dos mexilhões para fazer essas fibras se alinharem em fortes cordas de hidrogel.
I-Che Li, estudante de pós-graduação de Hartgerink e Rice, apresentou seu método de temperatura ambiente este mês em um artigo de acesso aberto no Jornal da American Chemical Society .
As cordas de hidrogel podem ser pegadas e movidas com uma pinça, e Li disse que espera que ajudem os laboratórios a obter um melhor controle sobre o crescimento das culturas de células.
"Normalmente, quando as células crescem em uma superfície, eles se espalham aleatoriamente, "disse ele." Há muitos biomateriais que queremos cultivar em uma direção específica. Com o andaime de hidrogel alinhado, podemos esperar que as células cresçam da maneira que desejamos. Um exemplo seriam as células neuronais, que queremos crescer da cabeça à cauda para ajudar na regeneração do nervo.
"Basicamente, isso poderia nos permitir direcionar o crescimento celular daqui para lá, "ele disse." É por isso que este material é tão emocionante. "
Nanofibras de peptídeo criadas na Rice University se alinham e formam feixes em um novo processo que usa um aminoácido encontrado nos pés dos mexilhões para ajudar os fios a se unirem e manterem sua forma quando expostos ao ar. Crédito:Hartgerink Research Group / Rice University
Em pesquisas anteriores, o laboratório de Hartgerink havia desenvolvido hidrogéis sintéticos que podiam ser injetados no corpo para servir como andaimes para o crescimento do tecido. Os hidrogéis continham peptídeos hidrofóbicos que se auto-montavam em fibras com cerca de 6 nanômetros de largura e até vários mícrons de comprimento. Contudo, porque as fibras não interagiam umas com as outras, eles geralmente apareciam em imagens de microscópio como uma massa emaranhada.
Experimentos mostraram que as fibras poderiam ser alinhadas com a aplicação de forças de cisalhamento, da mesma forma que as cartas de jogar são alinhadas durante o embaralhamento, empurrando a parte superior e a inferior do baralho.
Hartgerink e Li decidiram tentar empurrar as fibras através de uma agulha para forçá-las a se alinharem, um processo que seria mais fácil se o material fosse solúvel em água. Então, eles adicionaram uma cadeia de aminoácidos conhecida como DOPA às laterais das fibras para permitir que permaneçam solúveis em água na seringa, Li disse.
DOPA — abreviação de 3, 4-diidroxifenilalanina - é o composto que permite que os mexilhões grudem em quase tudo. Hartgerink e Li descobriram que a combinação de DOPA e tensão de cisalhamento da passagem pela agulha fez com que as fibras se formassem visíveis, feixes em forma de corda.
Eles também descobriram que o DOPA promoveu reações químicas de reticulação que ajudaram os feixes a manter sua forma. "O DOPA é realmente sensível a agentes oxidantes, "Li disse." Até mesmo expor o DOPA ao ar o oxida, e isso ajuda na reticulação das fibras. "
As fibras peptídicas de vários domínios em nanoescala que são solicitadas a se automontar em fibras em macroescala são resistentes o suficiente para serem manuseadas com uma pinça. Os químicos da Rice University que criaram as fibras disseram que elas vão melhorar a manipulação de culturas de células. Crédito:Hartgerink Research Group / Rice University
Como um bônus, as fibras alinhadas também provaram ter uma propriedade ótica curiosa e útil chamada "birrefringência uniforme, "ou refração dupla. Li disse que isso poderia permitir aos pesquisadores usar luz polarizada para ver exatamente onde as fibras alinhadas estão, mesmo se estiverem cobertos por células.
"Esta será uma técnica importante para nos certificarmos da ordem de longo alcance do alinhamento das fibras quando estivermos testando o crescimento celular direcionado, " ele disse.
Os pesquisadores esperam que as fibras alinhadas possam ser usadas para aplicações médicas em macroescala, mas com controle em nanoescala sobre as estruturas.
"A automontagem é basicamente a capacidade de uma molécula de fazer uma estrutura ordenada a partir do caos, e o que I-Che fez foi levar esta organização a um novo nível com suas cordas alinhadas, "disse Hartgerink, professor de química e de bioengenharia. “Com este material, estamos ansiosos para ver se podemos impor essa organização ao crescimento das células que interagem com ela. "
