Jin Kim Montclare, professor de engenharia química e biomolecular, com afiliações na NYU Langone Health e NYU College of Dentistry, dirigiu esta pesquisa com o primeiro autor Michael Meleties, colega Ph.D. estudante Dustin Britton, associada de pós-doutorado Priya Katyal, e a assistente de pesquisa de graduação Bonnie Lin.

Devido às suas propriedades ajustáveis, hidrogéis compreendendo polímeros sensíveis a estímulos estão entre os suportes moleculares mais atraentes porque sua versatilidade permite aplicações em engenharia de tecidos, entrega de drogas e outros campos biomédicos.

Peptídeos e proteínas são cada vez mais populares como blocos de construção porque podem ser estimulados a se automontar em nanoestruturas, como nanopartículas ou nanofibras, que permite a gelificação - a formação de hidrogéis supramoleculares que podem reter água e pequenas moléculas. Engenheiros, para gerar esses biomateriais inteligentes, estão desenvolvendo sistemas que podem responder a uma infinidade de estímulos, incluindo calor. Embora os hidrogéis termossensíveis estejam entre as classes amplamente estudadas e bem compreendidas de biomateriais de proteína, progresso substancial também está sendo feito na incorporação de resposta a estímulos, incluindo pH, luz, força iônica, redox, bem como a adição de pequenas moléculas.

Os pesquisadores da NYU Tandon, que relatou anteriormente um hidrogel responsivo formado usando uma proteína em espiral, Q, expandiram seus estudos para identificar a gelificação da proteína Q em temperaturas e condições de pH distintas.

Usando microscopia eletrônica de transmissão, reologia e análises estruturais, eles observaram que Q se auto-monta e forma hidrogéis à base de fibra exibindo comportamento de temperatura de solução crítica superior (UCST) com propriedades elásticas aumentadas em pH 7,4 e pH 10. Em pH 6, Contudo, Q forma nanopartículas polidispersas, que não mais se auto-montam e sofrem gelificação. A alta carga líquida positiva de Q em pH 6 cria repulsão eletrostática significativa, evitando a sua gelificação. Este estudo irá potencialmente guiar o desenvolvimento de novos andaimes e biomateriais funcionais que são sensíveis a estímulos biologicamente relevantes

Montclare explicou que o comportamento da fase de temperatura crítica superior da solução (UCST) é caracterizado por uma solução que formará um hidrogel quando resfriado abaixo de uma temperatura crítica.

"No nosso caso, é devido à reticulação / emaranhamento físico de fibras que nosso hidrogel à base de fibra forma quando resfriado, " ela disse, acrescentando que quando a temperatura é elevada acima da temperatura crítica, o hidrogel faz a transição de volta para a solução e a maioria das fibras deve se desembaraçar.

"Em nosso estudo, vimos como esse processo é afetado pelo pH. Acreditamos que a alta carga líquida da proteína em pH 6 cria repulsões eletrostáticas que impedem que a proteína se agrupe em fibras e, posteriormente, em hidrogéis, enquanto em pH mais alto, onde haveria menos repulsão eletrostática, a proteína é capaz de formar fibras que podem então sofrer gelificação. "