Em um novo estudo, publicado online na revista American Chemical Society (ACS) Materiais Polímeros Aplicados , cientistas da Texas A&M University relataram que projetaram uma membrana de hidrogel que pode ser usada para abrigar materiais de detecção ótica de glicose, para construir um biossensor para monitorar os níveis de açúcar em diabéticos.

Ao incorporar o dangling, cadeias moleculares do tipo pente dentro de um tipo de hidrogel chamado poli (N-isopropilacrilamida) ou poli NIPAAm para abreviar, eles mostraram que a membrana pode evitar o vazamento de moléculas de pequeno porte, como aqueles para detecção de glicose, enquanto ainda permite que a glicose se difunda livremente para dentro e para fora.

Quando estiver pronto para uso clínico, os pesquisadores disseram que essas membranas podem ser usadas para formar biossensores que podem ser facilmente implantados sob a pele do pulso e podem oferecer uma alternativa mais confortável aos implantes transdérmicos, que ficam parcialmente fora da pele. Além disso, ao contrário dos implantes transdérmicos que precisam ser trocados a cada poucas semanas, esse tipo de implante subcutâneo pode precisar ser substituído apenas a cada poucos meses.

"Trabalhamos muito com materiais de hidrogel, observando as propriedades mecânicas e as reações de corpo estranho, mas nosso grande objetivo sempre foi usar membranas de poli NIPAAm para construir um biossensor de glicose subcutâneo, "disse a Dra. Melissa Grunlan, professor e titular da cátedra Charles H. e Bettye Barclay no Departamento de Engenharia Biomédica. "Neste estudo, conseguimos ajustar as propriedades de difusão desses hidrogéis que identificamos anteriormente como um candidato promissor para a construção de biossensores de glicose com funcionamento de longo prazo. "

Poly NIPAAms são uma classe de hidrogéis orgânicos que têm uma textura macia, como lentes de contato. Uma de suas propriedades atraentes é que eles podem sofrer inchaço cíclico e desintegração com pequenas flutuações de temperatura no corpo. Uma vez que sua superfície está mudando dinamicamente com a temperatura, eles impedem a fixação de células e biomoléculas. Este ativo, O mecanismo de autolimpeza torna os hidrogéis poli NIPAAm atraentes para implantes, uma vez que minimizam o ataque do sistema imunológico.

Para usar a membrana poli NIPAAm para monitorar o açúcar no sangue, ele deve abrigar moléculas ou ensaios sensores de glicose suficientes. Além disso, a longevidade do hidrogel também depende da capacidade da membrana de reter essas moléculas de ensaio sem que elas vazem.

“Pense no hidrogel NIPAAm como um suéter tricotado onde os espaços entre as malhas são formados pelos pontos cruzados. esses espaços ou janelas nos hidrogéis são muito grandes, deixando as moléculas de ensaio irem direto, "disse Grunlan." Se os ensaios continuarem vazando dessa maneira, não teremos um sensor funcionando por muito tempo. "

Portanto, Grunlan e sua equipe concentraram seus esforços no ajuste fino das propriedades dos poli NIPAAms para limitar o vazamento de moléculas sensíveis à glicose, permitindo que a glicose se difunda livremente através do hidrogel.

Para diminuir o tamanho das lacunas, os pesquisadores inseriram moléculas pendentes de diferentes cargas, comprimentos e concentrações ao hidrogel poli NIPAAm. Quando incorporado ao hidrogel, essas moléculas criam barreiras em forma de pente, cujos dentes são projetados para bloquear a difusão de pequenas moléculas do tamanho de ensaio. Para testar se essa arquitetura semelhante a um pente pode limitar a difusão de sensores de glicose, eles também colocam dentro do hidrogel, moléculas marcadas com fluorescência chamadas dextranos, que serviu como proxy para moléculas sensíveis à glicose. Próximo, eles colocaram o hidrogel na água e mediram a quantidade de fluorescência na água devido ao vazamento de dextranos do hidrogel.

Os pesquisadores descobriram que quando usaram uma molécula carregada negativamente chamada poli (ácido 2-acrilamido-2-metil-1-propanossulfônico) ou PAMP, os favos impediam a difusão dos dextranos. Além disso, eles também observaram que as moléculas de glicose não eram impedidas em seu fluxo de entrada e saída do hidrogel.

Grunlan observou que agora que eles têm uma prova de conceito de que seus hidrogéis podem conter o vazamento de pequenos dextranos, o próximo passo em sua pesquisa seria construir um biossensor com moléculas sensíveis à glicose contidas na membrana.

"Mesmo que nosso presente estudo não envolva moléculas reais de detecção, mostra de forma muito conclusiva e precisa o que as arquiteturas de pente podem fazer pelos hidrogéis para limitar a difusão, ", disse Grunlan." Este foi um estudo sistemático para mostrar a eficácia de nossa abordagem e a possibilidade de estender nossas descobertas a outras áreas de pesquisa além da detecção de glicose, para as quais os hidrogéis com difusão limitada precisam ser projetados. "