p Fig. 1. Ilustração esquemática de um saco fechado em uma membrana de três zonas, formado como uma gota de HA em solução cai em uma solução de PA. A camada mais interna (1) é um gel de moléculas de HA. É cercado por uma camada de nanofibras tangencialmente na superfície do saco (2), dos quais nanofibras emergem perpendicularmente (3).
p As técnicas de criação de materiais nanoestruturados complexos por meio da automontagem de moléculas estão cada vez mais sofisticadas. Mas levar essas técnicas para o reino biológico tem sido problemático. Recentemente, cientistas da Northwestern University usaram a automontagem sob condições controladas para criar uma membrana que consiste em camadas com estruturas distintas. Agora, trabalhando na Fonte Avançada de Fótons (APS) do Departamento de Energia dos EUA, a equipe utilizou espalhamento de raios-x de pequeno ângulo (SAXS) para determinar melhor essas estruturas e estudar como elas se formam. Essas novas informações abrem caminho para o design e a síntese de estruturas hierárquicas com aplicações biomédicas. p Os peptídeos anfifílicos (PA) são cadeias de aminoácidos com pontas de outras moléculas, de modo que uma extremidade é hidrofílica (mistura-se bem com água) e a outra hidrofóbica (não gosta de água). Em solução aquosa, PAs são longos, nanofibras finas à medida que as cadeias de aminoácidos se ligam a cadeias adjacentes para formar folhas β. Os cientistas da Northwestern University haviam descoberto anteriormente que, quando uma solução aquosa contendo PAs carregados positivamente era colocada em contato com uma solução aquosa de ácido hialurônico carregado negativamente (HA - uma grande molécula biológica que ocorre no tecido conjuntivo e em outros tecidos), um denso, camada fibrosa formada em milissegundos, criando uma barreira que impedia as duas soluções de se misturarem.
p Mais precisamente, os pesquisadores descobriram que a camada fibrosa impede que os PAs agregados migrem para o lado HA, mas permite que as moléculas de HA se insinuem lentamente através da barreira para o lado do PA, em uma escala de tempo de minutos ou mais.
p O resultado foi uma estrutura de membrana de três zonas:uma camada semelhante a gel no lado HA, uma esteira fibrosa que consiste em nanofibras de PA situadas no plano da interface entre as soluções, e um revestimento de fibras direcionado perpendicularmente para longe da interface e formado por complexos ligados eletrostaticamente de PA e HA (Fig. 1).
p Fig. 2. Micrografias eletrônicas de varredura mostram a membrana homogênea que se forma na ausência de heparina (A), enquanto na presença de heparina é formada uma estrutura fibrosa transversal à membrana (B).
p O interesse da equipe por essas membranas girava em torno de possíveis usos biomédicos nos quais a sequência de peptídeos formando as nanofibras teria uma atividade biológica escolhida. Em um exemplo, eles incorporaram uma sequência de ligação à heparina para promover a angiogênese (a formação de novos vasos sanguíneos), para que a membrana possa auxiliar no reparo do tecido. Para que a estrutura de três zonas se forme, os pesquisadores descobriram que a solução de HA tinha que conter heparina em uma determinada faixa de concentração. A microscopia eletrônica de varredura mostrou claramente a estrutura linear cruzando a membrana que se formou quando a heparina estava presente a 0,5% em peso (Fig. 2a), em contraste com a aparência mais homogênea da membrana criada na ausência de heparina (Fig. 2b).
p Os cientistas recorreram ao SAXS na linha de luz 5-ID-D da Equipe de Acesso Colaborativo DuPont-Northwestern-Dow no APS de Argonne, um recurso de usuário do Office of Science. Esses estudos fornecem informações sobre a estrutura precisa das membranas de três zonas e uma melhor compreensão da dinâmica de sua formação.
p As membranas livres de heparina produziram picos de Bragg bem definidos, enquanto as membranas de três zonas não. Além disso, membranas que surgiram na presença de concentrações menores de heparina apresentaram picos de Bragg maiores do que aquelas produzidas quando a concentração de heparina era maior, indicando uma competição entre duas estruturas cujo resultado dependia dos níveis de heparina.
p Uma série temporal de medições SAXS em um experimento sem heparina mostrou que os picos de Bragg começaram a se formar alguns minutos depois que as duas soluções foram colocadas em contato, e atingiu força total após cerca de 45 minutos.
p Interpretando as descobertas de SAXS à luz de seus experimentos anteriores e as propriedades conhecidas de PAs e HA, os cientistas explicam as diferenças entre os dois tipos de membrana como resultado de diferentes tipos de agregação. Na ausência de heparina, o PA e HA vêm juntos em agregados nanosféricos que se agrupam em um arranjo cúbico, por um período de algumas dezenas de minutos, para formar uma membrana que gera picos de Bragg bem definidos.
p Quando a heparina está presente, por contraste, liga-se fortemente ao PA e altera sua interação com as moléculas de AH. Nesse caso, uma barreira de nanofibras paralela à interface da solução se forma imediatamente, em seguida, atua como uma barreira de difusão através da qual o HA passa lentamente. À medida que surge do outro lado, ele se liga ao PA para formar nanofibras que crescem perpendicularmente à interface. Este arranjo de nanofibras ordenado não produz picos de Bragg.
p A maior compreensão e controle desses processos derivados dessa pesquisa podem tornar possível a construção de membranas bioativas com uma variedade de estruturas e finalidades.
