Fotografias dos hidrogéis com formas temporárias I e II. Crédito:Tecnologias Avançadas de Materiais (2024). DOI:10.1002/admt.202301598 Um dos principais objetivos no campo da engenharia de tecidos e da medicina regenerativa é o desenvolvimento de estruturas artificiais que possam servir como substitutos para tecidos danificados. Idealmente, esses materiais devem se assemelhar ao tecido natural e devem ter a capacidade de suportar a adesão, proliferação e diferenciação celular.
Ao considerar os materiais do andaime, os pesquisadores levam em consideração as propriedades do andaime, como a rugosidade da superfície, o teor de água (estado de hidratação) e a flexibilidade ou rigidez (módulo de elasticidade), uma vez que se sabe que essas propriedades afetam o crescimento celular.
Os hidrogéis são polímeros reticulados biocompatíveis com alto teor de água e são um material de suporte promissor para tecidos moles. Eles podem ser projetados com diferentes elasticidades, que podem corresponder às propriedades mecânicas de diversos tecidos naturais. Porém, seu módulo de elasticidade está ligado à sua composição, resultando em uma diferença nas características entre hidrogéis mais macios e mais duros.
Para estudar o efeito específico da elasticidade do hidrogel no crescimento celular, uma equipe de pesquisa liderada pelo professor assistente Shin-nosuke Nishimura e pelo professor Tomoyuki Koga da Universidade Doshisha, no Japão, desenvolveu um hidrogel com módulos elásticos ajustáveis usando os mesmos polímeros. As conclusões do estudo foram publicadas na revista Advanced Material Technologies .
“O módulo de elasticidade dos hidrogéis é um dos fatores mais cruciais no controle do destino das células”, explica o Dr. Nishimura. Contudo, hidrogéis com diferentes elasticidades são geralmente preparados alterando o monômero base e o agente de reticulação. Isto afecta não só a elasticidade mas também várias características, tais como hidrofilicidade e hidrofobicidade.
Para evitar esse problema, os pesquisadores projetaram o hidrogel sem quaisquer ligações cruzadas. Eles usaram poli(N-acriloilglicinamida) (PNAGAm) como polímero base, um polímero vinílico com cadeias laterais que formam fortes ligações de hidrogênio. Estas ligações quebram-se a altas temperaturas e voltam a unir-se a temperaturas mais baixas, dando a estes polímeros a capacidade única de lembrar e recuperar a sua forma em resposta às mudanças de temperatura.
Para melhorar as propriedades de adesão celular do hidrogel, os pesquisadores combinaram o polímero PNAGAm com o peptídeo arginina (R) –glicina (G) –ácido aspártico (D) –serina (S) por meio de copolimerização radical. Esses peptídeos representam os locais de ligação celular encontrados no corpo e tornam o hidrogel adequado para o crescimento celular.
Ao contrário dos hidrogéis convencionais, o módulo de elasticidade do hidrogel proposto pode ser ajustado comprimindo-o em diferentes espessuras a altas temperaturas.
Quando exposto a altas temperaturas, as ligações de hidrogênio dentro do polímero se rompem e a compressão do hidrogel sob tais condições aproxima a rede do polímero e as ligações cruzadas à base de hidrogênio. Esta mudança na estrutura molecular leva a uma modificação do módulo de elasticidade do hidrogel.
Após o resfriamento, devido à religação das ligações de hidrogênio, o hidrogel mantém sua forma e módulo de elasticidade.
Ao usar este método, os pesquisadores alteraram com sucesso o módulo de elasticidade de uma barra retangular de hidrogel. Eles comprimiram diferentes seções do hidrogel em espessuras de 1 mm, 0,64 mm e 0,50 mm a 65°C durante uma hora. Ao resfriá-lo a uma temperatura de cultura celular de 37°C, as regiões não prensadas, moderadamente prensadas e firmemente prensadas apresentavam módulos elásticos de 9.460 Pa, 5.940 Pa e 3.460 Pa, respectivamente.
Ao semear o hidrogel com células de fibroblastos de embrião de camundongo (NIH/3T3), os pesquisadores observaram uma correlação direta entre o módulo de elasticidade do hidrogel e o número de células aderidas. Na região não comprimida, o número de células aderidas foi de 1,3 × 10
4
células cm
−2
, enquanto na região firmemente pressionada aumentou para 1,9 × 10
4
células cm
−2
.
“Neste estudo, conseguimos controlar o comportamento de adesão celular pela primeira vez no mundo, utilizando as propriedades de memória de forma dos hidrogéis”, diz o Prof.
Concluindo, ao alterar o módulo de elasticidade e ao mesmo tempo manter outras propriedades consistentes, os pesquisadores criaram uma plataforma que pode ser usada para investigar a influência do módulo de elasticidade no crescimento celular. Isso pode levar a melhores materiais de andaime para regeneração de tecidos.
