p O colágeno é o bloco de construção fundamental dos músculos, tecidos, tendões, e ligamentos em mamíferos. Também é amplamente utilizado em cirurgia reconstrutiva e cosmética. Embora os cientistas tenham um bom entendimento sobre como ele se comporta no nível do tecido, algumas propriedades mecânicas importantes do colágeno em nanoescala ainda permanecem indefinidas. Um estudo experimental recente conduzido por pesquisadores da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, Washington University, e a Universidade de Columbia sobre fibrilas de colágeno em nanoescala relataram, previamente imprevisto, razões pelas quais o colágeno é um material tão resistente. p Como uma fibrila de colágeno tem cerca de um milionésimo do tamanho da seção transversal de um cabelo humano, estudá-lo requer equipamento igualmente pequeno. O grupo do Departamento de Engenharia Aeroespacial em U of I projetou dispositivos minúsculos - Sistemas Microeletromecânicos - menores que um milímetro de tamanho, para testar as fibrilas de colágeno.

p "Usando dispositivos do tipo MEMS para segurar as fibrilas de colágeno sob um microscópio óptico de alta ampliação, nós esticamos fibrilas individuais para aprender como elas se deformam e o ponto em que se rompem, "disse Debashish Das, um bolsista de pós-doutorado em Illinois que trabalhou no projeto. "Também alongamos e liberamos repetidamente as fibrilas para medir suas propriedades elásticas e inelásticas e como elas respondem a cargas repetidas."

p Das explicou, "Ao contrário de um elástico, se você esticar o tecido humano ou animal e depois liberá-lo, o tecido não volta à sua forma original imediatamente. Parte da energia gasta para puxá-lo é dissipada e perdida. Nossos tecidos são bons em dissipar energia - quando puxados e empurrados, eles dissipam muita energia sem falhar. Esse comportamento é conhecido e compreendido no nível do tecido e atribuído ao deslizamento nanofibrilar ou à substância hidrofílica gelatinosa entre as fibrilas de colágeno. As fibrilas de colágeno individuais não foram consideradas como contribuintes importantes para o comportamento viscoelástico geral. Mas agora mostramos que os mecanismos de tecido dissipativo estão ativos mesmo na escala de uma única fibrila de colágeno. "

p Uma descoberta muito interessante e inesperada do estudo é que as fibrilas de colágeno podem se tornar mais fortes e resistentes quando são alongadas repetidamente e relaxadas.

p "Se alongarmos e relaxarmos repetidamente uma estrutura de engenharia comum, é mais provável que se torne mais fraco devido à fadiga, "disse o professor Ioannis Chasiotis da Universidade de I". "Embora os tecidos do nosso corpo não experimentem nada perto da quantidade de estresse que aplicamos às fibrilas de colágeno individuais em nossos experimentos de laboratório, descobrimos que, depois de cruzar uma deformação limite em nossos experimentos de carregamento cíclico, houve um claro aumento na resistência da fibrila, em até 70 por cento. "

p Das disse que as próprias fibrilas de colágeno contribuem significativamente para a dissipação de energia e resistência observada nos tecidos.

p "O que descobrimos é que as fibrilas de colágeno individuais são estruturas de biopolímero altamente dissipativas. A partir deste estudo, agora sabemos que nosso corpo dissipa energia em todos os níveis, até os menores blocos de construção. E propriedades como força e tenacidade não são estáticas, eles podem aumentar à medida que as fibrilas de colágeno são exercitadas, "Das disse.

p Qual é o próximo passo? Das disse com esta nova compreensão das propriedades das fibrilas de colágeno único, os cientistas podem ser capazes de projetar melhores redes de biopolímero sintético dissipativo para cicatrização de feridas e crescimento de tecidos, por exemplo, que seria biocompatível e biodegradável.

p O estudo "Dissipação de energia em fibrilas de colágeno de mamíferos:amortecimento cíclico de tensão induzida, endurecimento, e fortalecimento, "foi coautor de Julia Liu, Debashish Das, Fan Yang, Andrea G. Schwartz, Guy M. Genin, Stavros Thomopoulos, e Ioannis Chasiotis. É publicado em Acta Biomaterialia .