Uma descoberta feita por pesquisadores da University of Sydney pode sustentar uma nova classe de dispositivos implantáveis ​​que fornecem sinais biológicos ao tecido circundante para uma melhor integração com o corpo e redução do risco de infecção.

A medicina moderna depende cada vez mais de dispositivos biomédicos implantáveis, mas sua eficácia é muitas vezes limitada devido à integração malsucedida com o tecido do hospedeiro ou ao desenvolvimento de infecções intratáveis, necessitando de substituição do dispositivo por meio de cirurgia de revisão.

A equipe do Laboratório de Física Aplicada a Plasma e Engenharia de Superfície desenvolveu técnicas práticas para guiar e anexar peptídeos a superfícies; simulações de computador e experimentos demonstraram o controle da orientação do peptídeo e da concentração de superfície, que pode ser alcançado aplicando um campo elétrico como aquele fornecido por uma pequena bateria doméstica.

Os resultados são publicados hoje em Nature Communications .

A autora correspondente, Professora de Física Aplicada e Engenharia de Superfície, Marcela Bilek, disse que os revestimentos de biomateriais podem mascarar os dispositivos implantados e imitar o tecido circundante.

"O Santo Graal é uma superfície que interage perfeita e naturalmente com o tecido do hospedeiro por meio de sinalização biomolecular, "disse o professor Bilek, que é membro do University of Sydney Nano Institute e do Charles Perkins Centre.

A ligação robusta de moléculas biológicas à superfície do bio-dispositivo é necessária para conseguir isso, conforme permitido por processos de modificação de superfície exclusivos desenvolvidos pelo Professor Bilek.

"Embora as proteínas tenham sido usadas com sucesso em uma série de aplicações, eles nem sempre sobrevivem a tratamentos de esterilização severos - e apresentam o risco de transferência de patógenos devido à sua produção em micro-organismos, "Professor Bilek disse.

Professor Bilek - junto com o Dr. Behnam Akhavan da Escola de Aeroespacial, Engenharia Mecânica e Mecatrônica e a Escola de Física e autor principal candidato a Doutorado, Lewis Martin da Escola de Física - estão explorando o uso de segmentos curtos de proteína chamados de peptídeos que, quando estrategicamente projetado, pode recapitular a função da proteína.

O Sr. Martin disse que a equipe foi capaz de ajustar a orientação de biomoléculas extremamente pequenas (menos de 10 nanômetros de tamanho) na superfície. “Usamos equipamentos especializados para realizar os experimentos, mas os campos elétricos podem ser aplicados por qualquer pessoa que use um kit de eletrônicos domésticos, " ele disse.

O Dr. Akhavan disse que assumindo o apoio da indústria e financiamento para ensaios clínicos, implantes aprimorados poderiam estar disponíveis para os pacientes em cinco anos.

"A aplicação da nossa abordagem varia de implantes ósseos a stents cardiovasculares e vasos sanguíneos artificiais, "Dr. Akhavan disse.

"Para os dispositivos ósseos implantáveis, por exemplo, tais superfícies biocompatíveis modernas irão beneficiar diretamente os pacientes que sofrem de fratura óssea, osteoporose, e câncer ósseo. "

Por causa de seu tamanho pequeno, os peptídeos podem ser produzidos sinteticamente e são resilientes durante a esterilização. A principal dificuldade no uso de peptídeos é garantir que eles sejam fixados em densidades apropriadas e em orientações que exponham efetivamente seus sítios ativos.

Usando campos elétricos aplicados e química de buffer, os pesquisadores descobriram várias novas alavancas que controlam a fixação do peptídeo. A separação de carga em peptídeos cria momentos dipolares permanentes que podem ser alinhados com um campo elétrico para fornecer orientação ideal das moléculas e a quantidade de peptídeo imobilizado também pode ser ajustada pelas interações eletrostáticas quando os peptídeos têm uma carga geral.

O artigo disse que esse conhecimento está sendo usado para projetar estratégias para criar uma nova geração de biomoléculas sintéticas.

"Nossas descobertas lançam luz sobre os mecanismos de imobilização de biomoléculas que são extremamente importantes para o projeto de peptídeos sintéticos e biofuncionalização de materiais implantáveis ​​avançados, "afirma o jornal.