p Os hidrogéis estão por toda parte. Eles são polímeros que amam a água que podem absorver e reter água, e podem ser encontrados em produtos de consumo diário, como lentes de contato gelatinosas, fraldas descartáveis, certos alimentos, e até mesmo em aplicações agrícolas. Eles também são extremamente úteis em várias aplicações médicas devido ao seu alto grau de biocompatibilidade e sua capacidade de, eventualmente, se degradar e ser reabsorvidos pelo corpo. p Essas qualidades permitem que os hidrogéis simulem o tecido vivo para a substituição ou regeneração do tecido. Um dos aplicativos mais úteis é para a cura de feridas. Os hidrogéis são ideais para esse fim, com sua capacidade de hidratar e formar um ambiente úmido e favorável. Isso facilita os processos benéficos para a cicatrização de feridas, como a formação de vasos sanguíneos, a quebra do tecido morto, ativação de células imunológicas, a prevenção da morte de células e tecidos vivos e até o alívio da dor.

p Hidrogéis naturais, particularmente hidrogéis de gelatina metacriloil (GelMA), são preferidos para a cicatrização de feridas devido à sua biossegurança e biocompatibilidade excepcional. Mas seu uso é dificultado por suas propriedades mecânicas inerentemente pobres, como elasticidade limitada, fragilidade e inflexibilidade relativas, e sua incapacidade de aderir às superfícies dos tecidos. Para melhorar essas características, variações nos métodos de preparação e componentes foram tentadas.

p Quando um hidrogel GelMA é preparado, uma solução de gelatina é feita pela mistura e dissolução da gelatina em água. Isso resulta em uma dispersão das cadeias de polímero de gelatina na água. Um produto químico chamado fotoiniciador é então adicionado à solução, o que torna as cadeias de polímero pegajosas e permite que elas grudem umas nas outras. A exposição à luz ultravioleta ativa os fotoiniciadores e as cadeias de polímero se reticulam para formar uma rede. Moléculas de água entram nesta rede, esticar as correntes e ficar preso dentro delas; isso ilustra os poderes de absorção dos hidrogéis e é o ponto onde a gelificação, ou solidificação, ocorre.

p As propriedades deste gel podem ser modificadas pela adição de produtos químicos que se ligam às cadeias de polímero antes da exposição aos raios UV, ou os próprios parâmetros de UV podem ser variados para ajustar as propriedades do gel. Algumas dessas modificações foram experimentadas em tentativas anteriores de melhorar as propriedades físicas do GelMA.

p Uma abordagem foi introduzir produtos químicos adicionais na solução GelMA antes da reticulação; o hidrogel conjugado quimicamente resultante mostrou uma ligeira melhora na adesão ao tecido. Outras tentativas foram feitas para fortalecer o GelMA através do reforço de filmes finos e flexíveis de GelMA quimicamente conjugados com produtos químicos adicionais. Mas os desafios permanecem com a melhoria das três propriedades mecânicas de tenacidade, elasticidade, e força adesiva simultaneamente em hidrogéis GelMA.

p Uma equipe colaborativa do Terasaki Institute for Biomedical Innovation (TIBI) desenvolveu métodos para melhorar todas essas três propriedades em hidrogéis GelMA em um procedimento simples com parâmetros de fabricação ajustáveis.

p Os pesquisadores primeiro se voltaram para um exemplo encontrado na natureza em sua abordagem para melhorar a adesão nos hidrogéis. Os mexilhões marinhos secretam fios fortes que são usados ​​como acessórios e cordas para puxar as rochas e outras superfícies irregulares. Para formar esses fios, os mexilhões produzem proteínas de adesão em um ambiente ácido; após a exposição à água do oceano ligeiramente alcalina, as proteínas passam por uma mudança química que estimula a formação de fios.

p De uma forma correspondente, a equipe TIBI adicionou grandes quantidades de dopamina, um análogo químico da proteína de adesão do mexilhão, ao GelMA para aumentar sua força, elasticidade, e propriedades adesivas. Eles também submeteram a mistura a condições alcalinas para aumentar ainda mais a força adesiva do GelMA.

p Os resultados mostraram que a adição de grandes quantidades de dopamina à solução GelMA poderia aumentar a elasticidade do hidrogel resultante em quase seis vezes e sua resistência em mais de três vezes. Outros experimentos mostraram que quando a dopamina é submetida a condições alcalinas antes da etapa de reticulação, a força adesiva pode ser aumentada em até quatro vezes e sua resistência às forças de cisalhamento em quase sete vezes.

p "Os experimentos que conduzimos fornecem informações valiosas sobre os procedimentos para ativar a resistência e a adesão em hidrogéis à base de GelMA, "disse Hossein Montazarian, Ph.D., primeiro autor do projeto.

p Os pesquisadores continuarão a fazer experiências com outros produtos químicos para otimizar seus efeitos nas propriedades mecânicas do GelMA. Isso pode levar a melhorias em aplicações adicionais, como dispositivos vestíveis que podem ser fixados na pele ou implantes internos regenerativos e cicatrizantes.

p "O conhecimento obtido aqui sobre as propriedades mecânicas fundamentais dos hidrogéis pode ter efeitos de longo alcance em aplicações biomédicas, "disse Ali Khademhosseini, Ph.D., Diretor e CEO da TIBI. "É um dos muitos exemplos de pesquisa impactante de nossa plataforma de biomateriais."