Produzir biomateriais que correspondam ao desempenho da cartilagem e dos tendões tem sido um objetivo indescritível para os cientistas, mas um novo material criado em Cornell demonstra uma nova abordagem promissora para imitar o tecido natural.
Os resultados foram publicados em 8 de julho nos Proceedings of the National Academy of Sciences , e fornecem uma nova estratégia para sintetizar soluções clínicas para tecidos danificados.

O tecido deve ser macio o suficiente para dobrar e flexionar, mas durável o suficiente para suportar cargas prolongadas – por exemplo, o peso que um tendão do joelho deve suportar. Quando o tecido se desgasta ou é danificado, os hidrogéis de colágeno e os materiais sintéticos têm o potencial de servir como substitutos, mas nenhum deles sozinho possui a combinação certa de propriedades biológicas e mecânicas do tecido natural.

Agora, os pesquisadores da Cornell projetaram um material compósito biohíbrido com as características essenciais de um tecido natural. O material consiste em dois ingredientes principais:colágeno – que dá ao material sua maciez e biocompatibilidade – e um hidrogel zwitteriônico sintético, que contém grupos moleculares carregados positiva e negativamente.

"Esses grupos de carga interagem com os grupos carregados negativa e positivamente no colágeno, e essa interação é o que permite que os materiais dissipem energia e alcancem altos níveis de resistência", disse Lawrence Bonassar, professor de engenharia biomédica Daljit S. e Elaine Sarkaria. na Faculdade de Engenharia e co-autor principal do estudo.

O compósito biohíbrido se aproxima do desempenho da cartilagem articular e de outros tecidos biológicos, possuindo 40% mais elasticidade e 11 vezes a energia de fratura – uma medida de durabilidade – do próprio material zwitteriônico.

Nikolaos Bouklas, professor assistente da Escola Sibley de Engenharia Mecânica e Aeroespacial e co-autor principal do estudo, disse que a biocompatibilidade do material significa que ele pode recrutar células e mantê-las vivas.

"Em última análise, queremos criar algo para fins de medicina regenerativa, como um pedaço de andaime que possa suportar algumas cargas iniciais até que o tecido se regenere totalmente", disse Bouklas. “Com este material, você pode imprimir em 3D um andaime poroso com células que podem eventualmente criar o tecido real ao redor do andaime”.

Além disso, o material biohíbrido é automontado quando os dois ingredientes são misturados, disse Bouklas, criando “a mesma rede interconectada de colágeno vista na cartilagem natural, que de outra forma seria extremamente difícil de produzir”.

A pesquisa reuniu quatro laboratórios de pesquisa de três departamentos diferentes. O colágeno usado no compósito biohíbrido já estava em desenvolvimento no laboratório de Bonassar, enquanto o hidrogel zwitteriônico foi desenvolvido pelos coautores do estudo Robert Shepherd, professor associado da Sibley School, e Emmanuel Giannelis, professor de engenharia Walter R. Read no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais.

Os autores do estudo continuam pesquisando o material e os processos moleculares por trás de sua síntese. Bonassar disse que o material é adequado para o tipo de bioimpressão pioneira em seu laboratório, e os autores começaram a experimentar usá-lo como material de impressão 3D. + Explorar mais

Cartilagem artificial sob tensão tão forte quanto o material natural