p (Phys.org) —Os nanotubos de carbono servem como pontes que permitem que os sinais elétricos passem sem obstáculos por meio de novos remendos de defeitos cardíacos pediátricos inventados na Rice University e no Texas Children's Hospital. p Uma equipe liderada pelo bioengenheiro Jeffrey Jacot e o engenheiro químico e químico Matteo Pasquali criaram os patches infundidos com nanotubos de carbono condutores de parede única. Os adesivos são feitos de um bioscaffold semelhante a uma esponja que contém poros microscópicos e imita a matriz extracelular do corpo.

p Os nanotubos superam uma limitação dos patches atuais em que as paredes dos poros dificultam a transferência de sinais elétricos entre os cardiomiócitos, as células pulsantes do músculo cardíaco, que passam a residir no patch e eventualmente o substituem por um novo músculo.

p O trabalho aparece este mês na revista American Chemical Society. ACS Nano . Os pesquisadores disseram que sua invenção pode servir como um remendo de espessura total para reparar defeitos devido à tetralogia de Fallot, defeitos do septo atrial e ventricular e outros defeitos sem o risco de induzir ritmos cardíacos anormais.

p Os patches originais criados pelo laboratório de Jacot consistem principalmente de hidrogel e quitosana, um material amplamente utilizado feito de cascas de camarão e outros crustáceos. O remendo é preso a uma espinha dorsal de polímero que pode segurar um ponto e mantê-lo no lugar para cobrir um buraco no coração. Os poros permitem que as células naturais invadam o patch, que se degrada à medida que as células formam suas próprias redes. O remendo, incluindo o backbone, degrada em semanas ou meses à medida que é substituído por tecido natural.

p Pesquisadores da Rice e de outras instituições descobriram que, uma vez que as células ocupam seus lugares nos patches, eles têm dificuldade em sincronizar-se com o resto do coração batendo porque o andaime silencia os sinais elétricos que passam de uma célula para outra. Essa perda temporária de transdução de sinal resulta em arritmias.

p Nanotubos podem consertar isso, e Jacot, que tem um compromisso conjunto na Rice and Texas Children's, aproveitou o ambiente de pesquisa colaborativa circundante.

p "Isso resultou de uma conversa com o laboratório do Dr. Pasquali, bem como com cardiologistas intervencionistas no Texas Medical Center, "Jacot disse." Temos procurado uma maneira de obter melhores comunicações célula a célula e nos concentramos na velocidade da condução elétrica através do patch. Pensamos que os nanotubos poderiam ser facilmente integrados. "

p Os nanotubos aumentam o acoplamento elétrico entre as células que invadem o patch, ajudando-os a acompanhar o ritmo constante do coração. "Quando as células povoam um patch pela primeira vez, suas conexões são imaturas em comparação com o tecido nativo, "Jacot disse. O andaime isolante pode atrasar ainda mais o sinal célula a célula, mas os nanotubos abrem um caminho em torno dos obstáculos.

p Jacot disse que a concentração relativamente baixa de nanotubos - 67 partes por milhão nos patches que testaram melhor - é a chave. Tentativas anteriores de usar nanotubos em adesivos cardíacos empregaram quantidades muito maiores e diferentes métodos de dispersá-los.

p O laboratório de Jacot encontrou um componente que já estava usando em seus patches - a quitosana - que mantém os nanotubos espalhados. "Quitosana é anfifílica, o que significa que tem porções hidrofóbicas e hidrofílicas, para que possa se associar a nanotubos (que são hidrofóbicos) e evitar que se aglutinem. Isso é o que nos permite usar concentrações muito mais baixas do que outros tentaram. "

p Como a toxicidade dos nanotubos de carbono em aplicações biológicas permanece uma questão em aberto, Pasquali disse, quanto menos se usa, o melhor. "Queremos permanecer no limiar de percolação, e chegar lá com o menor número possível de nanotubos, "Ele disse." Podemos fazer isso se controlarmos bem a dispersão e usarmos nanotubos de alta qualidade. "

p Os adesivos começam como um líquido. Quando os nanotubos são adicionados, a mistura é agitada por meio de sonicação para dispersar os tubos, que de outra forma aglomeraria, devido à atração de van der Waals. A aglomeração pode ter sido um problema para experimentos que usaram concentrações mais altas de nanotubos, Pasquali disse.

p O material é girado em uma centrífuga para eliminar aglomerados perdidos e transformados em partículas finas, discos do tamanho de uma unha com uma estrutura de policaprolactona biodegradável que permite que o patch seja suturado no lugar. A liofilização define o tamanho dos poros dos discos, que são grandes o suficiente para que as células naturais do coração se infiltrem e para que nutrientes e resíduos passem.

p Como benefício colateral, os nanotubos também tornam os patches mais fortes e diminuem sua tendência de inchar, ao mesmo tempo que fornecem uma alça para ajustar com precisão sua taxa de degradação, dando aos corações tempo suficiente para substituí-los por tecido natural, Jacot disse.

p "Se houver um buraco no coração, um remendo tem que suportar todo o estresse mecânico, "disse ele." Não pode degradar muito rápido, mas também não pode degradar muito devagar, porque acabaria se transformando em tecido cicatricial. Queremos evitar isso. "

p Pasquali observou que a experiência em nanotecnologia de Rice e a associação ao Texas Medical Center oferecem grande sinergia. "Este é um bom exemplo de como é muito melhor para um aplicador como o Dr. Jacot trabalhar com especialistas que sabem como lidar com nanotubos, ao invés de tentar seguir sozinho, como muitos fazem, "disse ele." Acabamos com um controle muito melhor do material. O inverso também é verdadeiro, claro, e trabalhar com líderes no campo biomédico pode realmente acelerar o caminho para a adoção desses novos materiais. "