Pesquisadores da Duke University e da University of California, Los Angeles, desenvolveram um biomaterial que reduz significativamente a formação de cicatrizes após o ferimento, levando a uma cura mais eficaz da pele. Este novo material, que se degrada rapidamente, uma vez que a ferida fechou, demonstra que a ativação de uma resposta imune adaptativa pode desencadear a cicatrização regenerativa de feridas, deixando para trás uma pele cicatrizada mais forte e saudável.

Este trabalho baseia-se na pesquisa anterior da equipe com andaimes de hidrogel, que criam uma estrutura para apoiar o crescimento do tecido, acelerando a cicatrização de feridas. Em seu novo estudo, a equipe mostrou que uma versão modificada deste hidrogel ativa uma resposta imunológica regenerativa, o que pode potencialmente ajudar a curar lesões de pele, como queimaduras, cortes, úlceras diabéticas e outras feridas que normalmente cicatrizam com cicatrizes significativas que são mais suscetíveis a novas lesões.

Esta pesquisa aparece online em 9 de novembro, 2020 na revista Materiais da Natureza .

"O corpo forma tecido cicatricial o mais rápido possível para reduzir a chance de infecção, para reduzir a dor, e, em feridas maiores, para evitar a perda de água por evaporação, "disse Maani Archang, um primeiro autor no artigo e um MD / Ph.D. estudante nos laboratórios Scumpia e Di Carlo na UCLA. "É um processo natural de cicatrização de feridas."

Os atuais hidrogéis para cicatrização de feridas disponíveis para uso clínico ficam na superfície da ferida, onde atuam como curativo e ajudam a evitar que a ferida resseque. Isso, por sua vez, ajuda a cicatrizar mais rapidamente, geralmente via formação de cicatriz.

Em seu 2015 Materiais da Natureza papel, a equipe de pesquisa, dirigido por Tatiana Segura de Duke e Dino Di Carlo da UCLA, desenvolveram hidrogéis de partícula recozida microporosa (MAP), que são um biomaterial à base de micropartículas que podem se integrar na ferida ao invés de se sentar na superfície da pele. As contas dentro do gel MAP se ligam, mas deixam espaços abertos, criando uma estrutura porosa que fornece um suporte para as células à medida que crescem no local da ferida. Conforme a ferida fecha, o gel se dissolve lentamente, deixando para trás a pele curada.

Embora os hidrogéis MAP permitissem rápido crescimento celular e reparo mais rápido, a equipe notou que a pele curada tinha estruturas complexas limitadas, como folículos capilares e glândulas sebáceas. A equipe estava curiosa para saber se poderia alterar seu biomaterial para melhorar a qualidade da pele curada.

"Anteriormente, tínhamos visto que quando a ferida começou a cicatrizar, o gel MAP começou a perder porosidade, que limitava como o tecido poderia crescer através da estrutura, "diz Don Griffin, professor assistente da Universidade da Virgínia, primeiro autor do artigo e ex-bolsista de pós-doutorado no Laboratório de Segura. "Nossa hipótese é que desacelerar a taxa de degradação do andaime do MAP impediria o fechamento dos poros e forneceria suporte adicional para o tecido conforme ele cresce, o que melhoraria a qualidade do tecido. "

Em vez de criar um gel totalmente novo com novos materiais, em vez disso, a equipe se concentrou no ligante químico que permitia que o andaime fosse quebrado naturalmente pelo corpo. Em seus géis MAP originais, esse ligante químico é composto por uma sequência de aminoácidos retirada das proteínas estruturais do próprio corpo e organizada em uma orientação química chamada quiral L. Como essa sequência e orientação peptídica são comuns em todo o corpo, isso ajuda o gel a evitar o desencadeamento de uma forte resposta imunológica, mas também permite a degradação imediata por meio de enzimas presentes naturalmente.

"Nosso corpo evoluiu para reconhecer e degradar essa estrutura de aminoácidos, então teorizamos que se virássemos a estrutura para sua imagem no espelho, que é quiralidade D, o corpo teria mais dificuldade em degradar o andaime, "disse Segura, professor de engenharia biomédica na Duke. "Mas quando colocamos o hidrogel em uma ferida de rato, o gel atualizado acabou fazendo exatamente o oposto. "

O material atualizado se integrou à ferida e apoiou o tecido enquanto a ferida fechava. Mas em vez de durar mais, a equipe descobriu que o novo gel havia desaparecido quase totalmente do local da ferida, deixando para trás apenas algumas partículas.

Contudo, a pele curada revelou-se mais forte e incluía estruturas de pele complexas que normalmente estão ausentes nas cicatrizes. Após uma investigação mais aprofundada, os pesquisadores descobriram que a razão para a cura mais forte - apesar da falta de longevidade - foi uma resposta imunológica diferente ao gel.

Depois de uma lesão na pele, a resposta imune inata do corpo é ativada imediatamente para garantir que quaisquer substâncias estranhas que entrem no corpo sejam rapidamente destruídas. Se as substâncias podem escapar desta primeira resposta imunológica, a resposta imune adaptativa do corpo entra em ação, que identifica e visa o material invasor com mais especificidade.

Como o gel MAP original foi feito com a estrutura comum do peptídeo L, gerou uma resposta imunológica inata moderada. Mas quando a equipe colocou o gel reformulado em uma ferida, a quiralidade D estranha ativou o sistema imunológico adaptativo, que criou anticorpos e células ativadas, incluindo macrófagos que direcionaram e limparam o gel mais rapidamente depois que a ferida fechou.

"Existem dois tipos de respostas imunológicas que podem ocorrer após a lesão - uma resposta destrutiva e uma resposta regenerativa mais suave, "disse Scumpia, professor assistente na divisão de dermatologia da UCLA Health e do West Los Angeles VA Medical Center. "Quando a maioria dos biomateriais são colocados no corpo, eles são isolados pelo sistema imunológico e, eventualmente, degradados ou destruídos. Mas neste estudo, a resposta imune ao gel induziu uma resposta regenerativa no tecido curado. "

"Este estudo nos mostra que a ativação do sistema imunológico pode ser usada para inclinar o equilíbrio da cicatrização de feridas, desde a destruição do tecido e a formação de cicatrizes até o reparo do tecido e regeneração da pele, "disse Segura.

Trabalhando com Maksim Plikus, um especialista em tecido regenerativo da Universidade da Califórnia, Irvine, a equipe também confirmou que as estruturas-chave, como folículos capilares e glândulas sebáceas, estavam se formando corretamente sobre o andaime. Quando a equipe investigou o mecanismo, eles descobriram que as células do sistema imunológico adaptativo são necessárias para essa resposta regenerativa.

Enquanto a equipe continua a estudar a resposta imunológica regenerativa ao gel, eles também estão explorando a possibilidade de usar o novo hidrogel MAP como uma plataforma imunomoduladora. "A equipe agora está explorando a melhor maneira de liberar sinais imunológicos do gel para induzir a regeneração da pele ou desenvolver o hidrogel como uma plataforma de vacina, "disse Scumpia.

"Estou animado com a possibilidade de projetar materiais que podem interagir diretamente com o sistema imunológico para apoiar a regeneração de tecidos", disse Segura. "Esta é uma nova abordagem para nós."