As misturas de POPs (verde) e ELPs (azul) podem ser usadas para criar uma variedade de novas arquiteturas de micropartículas, incluindo (no sentido horário a partir do canto superior esquerdo) partículas porosas, redes 'frutas na videira', partículas ocas simples "semelhantes a vesículas", e redes core-shell. Crédito:Stefan Roberts, Universidade Duke
Os engenheiros biomédicos da Duke University desenvolveram um método para fazer pequenas partículas que são seguras para os tecidos vivos, que lhes permitirá criar novas formas atraentes para a administração de medicamentos, diagnósticos e engenharia de tecidos.
Os resultados aparecem online no dia 12 de março na revista Nature Communications .
"Com nada mais do que um pouco de calor e luz, podemos fazer algumas micropartículas bem bizarras, "disse Stefan Roberts, um cientista de pesquisa em engenharia biomédica na Duke. "A técnica é simples o suficiente para ser ampliada para fazer bilhões de micropartículas em questão de minutos."
No mundo das micropartículas biocompatíveis, forma, Tamanho, a microestrutura interna e o tipo de material determinam suas propriedades intrínsecas. Embora as empresas e laboratórios de pesquisa já possam fabricar muitas micropartículas complexas, o processo geralmente envolve técnicas de fabricação sofisticadas, como microfluídica de emulsão múltipla ou litografia de fluxo. Ambos têm suas desvantagens.
A microfluídica de emulsão múltipla controla tediosamente uma série de gotículas de óleo individuais, mas luta para manter os materiais completamente separados uns dos outros e não pode ser usado para produção em grande escala. A litografia de fluxo brilha através de uma máscara padronizada para gravar formas em materiais macios e pode fazer muitas partículas em curto prazo, mas o processo é difícil de adaptar a formas e arquiteturas internas complicadas.
Trabalhando com Ashutosh Chilkoti, o ilustre professor Alan L. Kaganov de Engenharia Biomédica na Duke, Roberts decidiu tentar uma abordagem completamente nova - materiais biológicos. A dupla de pesquisa tem um histórico de trabalho com polipeptídeos semelhantes à elastina (ELPs), que são proteínas desordenadas que, muito parecido com uma bola de espaguete, derivam sua estabilidade do caos e não têm uma forma verdadeira. Mais recentemente, a equipe começou a trabalhar com proteínas parcialmente encomendadas (POPs), que retêm muitas das propriedades biologicamente úteis das ELPs, mas têm segmentos ordenados suficientes para fornecer mais estabilidade do que macarrão úmido.
Um close-up em uma única micropartícula de POP porosa em um microscópio eletrônico de varredura. Crédito:Stefan Roberts, Universidade Duke
Ambos os tipos de proteínas podem ser projetados para alternar entre os estados de fase em certas temperaturas. Embora este seja um recurso útil para aplicações como a liberação lenta de drogas no corpo ou apoio ao crescimento de tecidos em feridas, os pesquisadores logo descobriram que também podiam criar várias formas de partículas colocando ELPs e POPs juntos.
"Proteínas desordenadas são um tema quente na biologia, com muitos pesquisadores tentando descobrir como proteínas sem forma ainda podem ter um propósito biológico, "disse Roberts." Uma tendência de nosso trabalho é pensar nessas proteínas como um cientista de materiais faria e ver se podemos projetá-las para nossas próprias funções biológicas de maneiras que não podem ser alcançadas com os materiais atuais. "
No papel, Roberts e Chilkoti demonstram algumas novas micropartículas feitas com esses dois tipos de proteínas. Ajustando as temperaturas nas quais eles são montados e desmontados, e varrendo para frente e para trás em uma gama de temperaturas em várias taxas, os pesquisadores mostram que são capazes de criar um conjunto de formas, como uma concha com um núcleo sólido, uma concha sem núcleo, e um emaranhado de cordas pontilhadas com cascas que eles apelidaram de "frutas em uma videira". Então, incorporando aminoácidos fotossensíveis, eles mostram que podem congelar essas formas em micropartículas sólidas com um flash de luz.
Os pesquisadores dizem que a capacidade de criar micropartículas com regiões separadas com precisão é relevante para aplicações como administração de drogas e engenharia de tecidos.
Cada conjunto de parâmetros cria simultaneamente milhões de sólidos, micropartículas biocompatíveis ligeiramente maiores do que uma célula média. Leva apenas alguns minutos, e tudo acontece em um volume de líquido do tamanho de uma gota d'água.
"Este é um caso de teste para um tipo de material que é flexível e simples o suficiente para criar formas e arquiteturas comumente usadas que não são vistas com as técnicas atuais, "disse Roberts." Estamos usando novos materiais biocompatíveis para criar formas nunca antes vistas simplesmente por aquecimento, resfriando e iluminando-os. "
