Bioengenheiros e dentistas da Faculdade de Odontologia da UCLA desenvolveram um novo hidrogel que é mais poroso e eficaz na promoção da reparação e regeneração de tecidos em comparação com os hidrogéis atualmente disponíveis. Uma vez injetado em um modelo de mouse, o novo hidrogel é mostrado para induzir a migração de células-tronco que ocorrem naturalmente para promover melhor a cura óssea. As aplicações experimentais atuais usando hidrogéis e células-tronco introduzidos no corpo ou agentes biológicos caros podem ter efeitos colaterais negativos.

As evidências, publicado online no jornal Nature Communications , sugerem que, em um futuro próximo, a próxima geração de sistemas de hidrogel poderia melhorar muito a terapêutica atual baseada em biomateriais para reparar defeitos ósseos.

Os hidrogéis são biomateriais constituídos por uma rede 3-D de cadeias poliméricas. Devido à capacidade da rede de absorver água e suas semelhanças estruturais com o tecido vivo, pode ser usado para entregar células a áreas defeituosas para regenerar o tecido perdido. Contudo, o pequeno tamanho dos poros dos hidrogéis limita a sobrevivência das células transplantadas, sua expansão e formação de novos tecidos, tornando isso menos do que ideal para regenerar o tecido.

Um material que se popularizou no campo dos biomateriais é o mineral natural, argila. A argila se tornou um aditivo ideal para produtos médicos sem efeitos negativos relatados. Foi demonstrado que é biocompatível e está prontamente disponível.

A argila é estruturada em camadas, com a superfície tendo uma carga negativa. A carga e a estrutura em camadas únicas foram importantes para os pesquisadores, pois seus hidrogéis tinham carga positiva ou oposta. Quando o hidrogel foi inserido nas camadas de argila, através de um processo chamado química de intercalação, o resultado final foi um hidrogel enriquecido com argila com uma estrutura muito mais porosa que poderia facilitar melhor a formação óssea.

Depois de terem seu hidrogel enriquecido com argila, os pesquisadores usaram um processo chamado foto-indução, ou a introdução de luz, para transformar seu novo biomaterial em um gel, o que tornaria mais fácil ser injetado em seu modelo de mouse.

O modelo do camundongo tinha um defeito no crânio que não cicatrizava, que os pesquisadores injetaram com seu hidrogel enriquecido com argila. Depois de seis semanas, eles descobriram que o modelo mostrou cicatrização óssea significativa por meio de sua própria migração e crescimento de células-tronco que ocorrem naturalmente.

"Esta pesquisa nos ajudará a desenvolver a próxima geração de sistemas de hidrogel com alta porosidade e pode melhorar muito os materiais de enxerto ósseo atuais, "disse o autor principal Min Lee, professor de ciência de biomateriais na Escola de Odontologia da UCLA e membro do Jonsson Comprehensive Cancer Center. "Nosso sistema de hidrogel nanocompósito será útil para muitas aplicações, incluindo entrega terapêutica, portadores de células e engenharia de tecidos. "

Combinações injetáveis ​​de células vivas e moléculas bioativas usando hidrogéis seriam uma aplicação médica preferida para tratar áreas prejudiciais à saúde ou danificadas do corpo, em vez de uma cirurgia mais invasiva.

Pesquisas futuras estão planejadas para aprender como as propriedades físicas dos hidrogéis nanocompósitos afetam a migração das células e sua função, bem como a formação de vasos sanguíneos.

Outros autores do estudo são o co-primeiro autor Zhong-Kai Cui, professor assistente de biologia celular na Southern Medical University na China; e Dr. Benjamin Wu, Dra. Tara Aghaloo, Jessalyn Baljon e Soyon Kim, tudo da UCLA.

O estudo foi financiado pelo Instituto Nacional de Pesquisa Odontológica e Craniofacial, o Instituto Nacional de Artrite e Doenças Musculoesqueléticas e de Pele, Departamento de Defesa dos EUA e MTF Biologics. Os autores não têm interesses conflitantes.