Os adesivos médicos tradicionais usados ​​em aplicações cirúrgicas muitas vezes têm bioabsorvibilidade limitada, alta toxicidade e falta de personalização, levando a resultados cirúrgicos abaixo do ideal. Avanços recentes na biologia sintética oferecem uma alternativa promissora:adesivos biocompatíveis e biodegradáveis ​​feitos sob medida, projetados para aplicações biomédicas internas específicas, como no reparo de tecidos e em colas cirúrgicas.



Pesquisadores que trabalham com Fuzhong Zhang, professor de engenharia energética, ambiental e química na Escola de Engenharia McKelvey da Universidade de Washington em St. Louis, estão enfrentando esse desafio com uma nova classe de hidrogéis construídos inteiramente a partir de proteínas.

Os colaboradores de Zhang incluem Marcus Foston, professor associado de engenharia energética, ambiental e química; Guy Genin, professor de engenharia mecânica Harold e Kathleen Faught; e Mohamed A. Zayed, professor associado de cirurgia e radiologia. Seu design programável permite controle preciso das propriedades mecânicas e adesivas, atendendo às limitações das biocolas sintéticas. A pesquisa foi publicada em ACS Applied Materials &Interfaces .

"Este trabalho é um dos primeiros a provar que a biologia sintética pode ser usada não apenas para produzir materiais, mas também para compreender as relações sequência-estrutura-função do material", disse Juya Jeon, estudante de pós-graduação no laboratório de Zhang e primeiro autor do estudo. .

"Nossos hidrogéis são feitos de proteínas projetadas artificialmente que nunca foram criadas antes. Essas proteínas exclusivas dão aos nossos hidrogéis uma combinação de propriedades vantajosas, incluindo excelentes propriedades adesivas mecânicas e subaquáticas, ao mesmo tempo que são bioabsorvíveis e adequadas exclusivamente para aplicações de engenharia/reparo de tecidos. "

O novo material da equipe baseia-se em estudos anteriores do laboratório de Zhang sobre adesivos subaquáticos inspirados em mexilhões aquáticos e suas proteínas pegajosas do pé de mexilhão (Mfp). Jeon melhorou o trabalho anterior combinando cuidadosamente peptídeos amilóides de seda e Mfp em um hidrogel de proteína de pé de mexilhão-amilóide de seda (SAM).

Agindo como uma espécie de chef molecular, Jeon ajustou as proporções dos dois ingredientes principais para obter hidrogéis SAM que podem ser ajustados para exibir combinações únicas de biocompatibilidade, bioabsorção, resistência, elasticidade e adesão subaquática a superfícies biológicas.

Jeon também explorou as intrincadas relações entre a sequência de proteínas e as propriedades do hidrogel, que serão cruciais para projetar hidrogéis SAM com características personalizadas para aplicações personalizadas de reparo médico. Ao fabricar hidrogéis SAM usando combinações variadas de amiloide de seda e Mfps, Jeon e Zhang revelaram com sucesso relações complexas entre a estrutura e as propriedades do material.

Eles descobriram que um aumento nas repetições de amiloide de seda melhorou significativamente a resistência coesiva e a tenacidade, enquanto estender o comprimento do Mfp aumentou a adesão superficial, mas diminuiu a resistência geral. Uma variante de particular interesse demonstrou resistência excepcional, resistência à deformação e adesividade subaquática quando testada em um modelo pré-clínico.

"As relações sequência-estrutura-propriedade descobertas neste estudo fornecem informações valiosas para orientar o projeto futuro de adesivos proteicos com propriedades ajustáveis, abrindo caminho para adesivos personalizados adaptados a aplicações específicas", disse Zhang.

"Este estudo marca um salto significativo na busca por adesivos cirúrgicos mais seguros e eficazes, abrindo portas para uma nova era de biocolas personalizadas para diversas necessidades médicas. Ele também ilustra como a biologia sintética pode ser usada para iluminar relações moleculares complexas e fabricar biomateriais avançados."

Mais informações: Juya Jeon et al, Bioadesivos à base de proteínas geneticamente modificados com propriedades de materiais programáveis, ACS Applied Materials &Interfaces (2023). DOI:10.1021/acsami.3c12919
Informações do diário: Materiais Aplicados e Interfaces ACS

Fornecido pela Universidade de Washington em St. 0"/>