Uma cola não tóxica modelada a partir de proteínas adesivas produzidas por mexilhões e outras criaturas foi encontrada para superar os produtos disponíveis comercialmente, apontando para potenciais colas cirúrgicas para substituir suturas e grampos.

Mais de 230 milhões de cirurgias importantes são realizadas em todo o mundo a cada ano, e mais de 12 milhões de feridas traumáticas são tratadas apenas nos Estados Unidos. Cerca de 60 por cento dessas feridas são fechadas com métodos mecânicos, como suturas e grampos.

"Suturas e grampos têm várias desvantagens em relação aos adesivos, incluindo desconforto do paciente, maior risco de infecção e os danos inerentes ao tecido saudável circundante, "disse Julie Liu, professor associado de engenharia química e engenharia biomédica na Purdue University.

A maioria dos adesivos não funciona bem em ambientes úmidos porque a água interfere no processo de adesão. Embora o desenvolvimento de adesivos que superem esse problema seja um desafio, colas para aplicações médicas devem atender a um requisito adicional:devem ser atóxicas e biocompatíveis, também.

"As atuais tecnologias de adesivos biomédicos não atendem a essas necessidades, ", disse ela." Nós projetamos um sistema de proteína bioinspirada que mostra a promessa de alcançar adesão subaquática biocompatível juntamente com um comportamento ambientalmente responsivo que é 'inteligente, 'o que significa que pode ser ajustado para se adequar a uma aplicação específica. "

Nos esforços para desenvolver melhores alternativas, os pesquisadores se inspiraram em colas naturais. Especificamente, a aplicação subaquática e a ligação foram demonstradas com materiais baseados em organismos como vermes de castelo de areia e mexilhões. Ambos produzem proteínas contendo o aminoácido 3, 4- dihidroxifenilalanina, ou DOPA, que foi mostrado para fornecer força de adesão, mesmo em ambientes úmidos.

Os resultados da pesquisa foram detalhados em um artigo publicado em abril em Biomateriais . O artigo foi escrito pela estudante graduada M. Jane Brennan; graduação Bridget F. Kilbride; Jonathan Wilker, professor de química e engenharia de materiais; e Liu.

Os atuais adesivos e selantes aprovados pela FDA enfrentam vários desafios:muitos exibem características tóxicas, alguns só podem ser aplicados topicamente porque se degradam em produtos cancerígenos; alguns são derivados de fontes de sangue e carregam o potencial de transmissão de patógenos pelo sangue, como hepatite e HIV; e outros causam inflamação e irritação.

"Mais importante, Contudo, é que a maioria desses adesivos não possui adesão suficiente em um ambiente excessivamente úmido e não são aprovados para aplicação no fechamento de feridas, "Liu disse." Na verdade, muitos desses materiais aconselham especificamente para secar a área de aplicação tanto quanto possível. "

Os pesquisadores do Purdue criaram um novo material adesivo chamado ELY16, um "polipeptídeo semelhante a elastina, "ou ELP. Contém elastina, uma proteína altamente elástica encontrada no tecido conjuntivo, e tirosina, um aminoácido. O ELY16 foi modificado pela adição da enzima tirosinase, convertendo a tirosina na molécula adesiva DOPA e formando mELY16.

Ambos ELY16 e mELY16 não são tóxicos para as células e funcionam bem em condições secas. A modificação com DOPA aumenta a força de adesão em condições de alta umidade. Além disso, a versão modificada é "ajustável" a diferentes condições ambientais e pode ser projetada para corresponder às propriedades de diferentes tipos de tecido.

"Para nosso conhecimento, mELY16 fornece as ligações mais fortes de qualquer proteína projetada quando usado completamente debaixo d'água, e seus altos rendimentos o tornam mais viável para aplicação comercial em comparação com proteínas adesivas naturais, "ela disse." Portanto, mostra um grande potencial para ser um novo adesivo subaquático inteligente. "

O adesivo também possui excelente biocompatibilidade devido ao uso de elastina humana.

"Nosso objetivo era imitar o tipo de adesão que as proteínas adesivas de mexilhão têm, e muitos outros trabalhos enfocaram a molécula DOPA como sendo crítica para essa adesão, "disse Liu." Descobrimos que quando os materiais adesivos foram expostos a grandes quantidades de umidade, proteínas contendo DOPA tiveram uma força de adesão muito maior em comparação com proteínas não convertidas contendo apenas tirosina. Então, DOPA conferiu adesão muito mais forte em ambientes úmidos. "

Testar o adesivo em um ambiente altamente úmido é importante para determinar o quão bem o adesivo terá um desempenho e cura na presença de umidade em aplicações biomédicas.

A pesquisa mostrou que o mELY16 superou os adesivos comerciais, incluindo um selante aprovado pela FDA.

"Comparado com este selante, nossas proteínas com DOPA têm forças de adesão significativamente maiores, "Liu disse.

Polipeptídeos semelhantes à elastina têm a capacidade inata de "coacervar, "o que faz com que eles se separem em" duas fases líquidas, "um mais denso e mais rico em proteínas do que o outro, imitando o mecanismo de adesão usado por vermes de castelo de areia.

A elastina fornece esta propriedade de coacervação, o que possibilita uma maneira fácil de aplicar o adesivo embaixo d'água. É também uma proteína natural flexível encontrada nos tecidos, e foi demonstrado que polipeptídeos semelhantes a elastina podem ser "reticulados, "ou reforçada para alterar a rigidez para imitar os tecidos moles.

"Este polipeptídeo semelhante à elastina pode ser produzido em altos rendimentos a partir de Escherichia coli e pode 'coacervar' em resposta a fatores ambientais, como temperatura, pH, e salinidade, "ela disse." Porque a proteína vai coacervar em um banho líquido quente, uma fase densa rica em proteínas se forma. Esta fase rica em proteínas contém nosso material adesivo em forma concentrada, e porque é mais denso que a água, não se dispersa. "

Os pesquisadores testaram o polímero com células de camundongo chamadas fibroblastos NIH / 3T3. Essas células são frequentemente usadas em pesquisas para avaliar a toxicidade, examinando como as células sobrevivem e crescem quando expostas a novos materiais. Para testar a biocompatibilidade, os pesquisadores mediram a viabilidade de fibroblastos NIH / 3T3 cultivados por 48 horas diretamente em uma camada de ELY16, mELY16, e um controle. Em todos os grupos, a viabilidade era superior a 95 por cento.

Pesquisas futuras incluirão trabalhos para otimizar a formulação do adesivo e realizar testes com materiais naturais.

“Começamos nossos testes com substratos de alumínio porque é mais fácil obter resultados reproduzíveis usando alumínio, "Liu disse." No entanto, se estivermos interessados ​​em aplicações biomédicas, precisamos testar substratos que sejam mais semelhantes aos tecidos moles do corpo, e esses substratos são mais difíceis de trabalhar. "