Metais como ferro e cálcio desempenham um papel crucial dentro do corpo humano, então não é nenhuma surpresa que os bioengenheiros gostariam de integrá-los ao soft, materiais elásticos usados ​​para reparar a pele, veias de sangue, pulmões e outros tecidos.

Projetar elastômeros - um tipo de polímero com propriedades semelhantes às da borracha - é um processo trabalhoso que produz um produto com versatilidade limitada. Mas os engenheiros da Cornell desenvolveram uma nova estrutura que torna o projeto do elastômero um processo modular, permitindo a mistura e combinação de diferentes metais com um único polímero.

A estrutura é detalhada em "Chelation Crosslinking of Biodegradable Elastomers, "publicado em 22 de setembro em Materiais avançados .

A estrutura foi concebida quando pesquisadores do Laboratório de Biofoundry de Cornell procuraram criar um enxerto vascular elástico que pudesse ajudar a reparar o tecido cardíaco usando cobre. Yadong Wang, Professor de Tecnologia de Assistência Cardíaca da McAdam Family Foundation na Meinig School of Biomedical Engineering, e o pós-doutorado Ying Chen queria incorporar cobre em seu enxerto por causa de seu papel na indução da angiogênese - o processo pelo qual novos vasos sanguíneos crescem a partir dos existentes.

A mistura de cobre e outros íons metálicos com polímeros continua sendo um nicho da química, portanto, não havia um plano para Chen seguir. Em vez de, ela começou a desenvolver um elastômero biocompatível e biodegradável a partir do zero.

A principal descoberta de Chen foi a reticulação de seu polímero com íons de cobre usando ligantes quelantes - moléculas que se ligam fortemente a um íon de metal usando duas ou mais ligações, "como a forma como uma garra de caranguejo aperta um objeto, "disse Wang. Embora as ligações de quelação sejam consideradas de força moderada em química, elastômeros têm muitas moléculas de reticulação, portanto, vários ligantes quelantes podem trabalhar juntos para formar uma molécula forte.

E porque um ligante pode ligar vários íons metálicos, pode produzir uma ampla gama de propriedades mecânicas - como rigidez e tenacidade - bem como propriedades biomédicas. Por exemplo, os íons de cobre de um polímero podem ser substituídos por zinco, ou uma combinação de cobre e zinco pode ser usada - um tandem que está presente em uma enzima importante para combater o envelhecimento humano.

"A descoberta foi muito emocionante, "Disse Chen." Eu só queria continuar com meu elastômero de cobre porque estou focado em engenharia de tecidos, mas o professor Wang estava dizendo, 'Desacelerar, precisamos testar o quão poderosa é esta plataforma e o que podemos fazer com ela. '"

Como prova de conceito, Chen projetou seis elastômeros exclusivos usando um polímero e seis metais diferentes, e então fez um sétimo elastômero usando uma mistura de cálcio-magnésio. Foi a primeira vez que alguém demonstrou um elastômero de íon metálico biodegradável - quanto mais sete deles.

"Quando Ying me mostrou o que tinha feito, Eu disse, 'Este material é incrível, '", Disse Wang." Há tanta coisa que você pode fazer com apenas este design simples. Usando muitos tipos diferentes de íons metálicos, um polímero pode se transformar em oito, nove, 10 elastômeros diferentes. "

A equipe de pesquisa também realizou experimentos mecânicos e de biocompatibilidade em seus elastômeros, teste para o estresse dos materiais, tensão e capacidade de ser usado com tecido vivo. A durabilidade e biocompatibilidade dos elastômeros são compatíveis com os biomateriais mais tradicionais usados ​​na medicina.

"O material de cobre era muito elástico, "Disse Chen." Pode ser esticado pelo menos centenas de vezes sem romper. "

Agora que a plataforma foi publicada, Chen está concentrando sua pesquisa no enxerto de elastômero de cobre e sua capacidade de reparar vasos sanguíneos e tecido cardíaco. Enquanto isso, ela espera que outros engenheiros usem sua plataforma para criar novos materiais para melhorar a reconstrução e regeneração de tecidos moles.

Wang compartilha da mesma esperança, e as referidas aplicações possíveis para a estrutura não estão limitadas a vasos sanguíneos e outros tecidos, mas poderia ser potencialmente usado para elastômeros industriais, como pneus ecológicos que se biodegradam.

"Estamos apenas arranhando a superfície, " ele disse.