p Um novo método para manipular os ambientes gelatinosos que abrigam as células-tronco poderia ajudar os pesquisadores a direcionar o crescimento dessas células versáteis para o osso, tendão, tecido ou outras linhagens específicas, diz um engenheiro biomédico da Texas A&M University que desenvolveu a abordagem. p Trabalhando com hidrogéis à base de colágeno, que são géis biodegradáveis ​​usados ​​em uma série de aplicações biomédicas devido à sua compatibilidade com o corpo e seus processos, Akhilesh Gaharwar desenvolveu um método para modular sua rigidez sem afetar a química ou a estrutura - um resultado que pode ter implicações importantes para a pesquisa com células-tronco. Gaharwar, professor assistente do Departamento de Engenharia Biomédica da universidade, publicou suas descobertas na revista científica ACS Nano . O artigo completo pode ser acessado em pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.5b03918.

p Especificamente, Gaharwar foi capaz de aumentar a rigidez de um hidrogel em 10 vezes e sua resistência em 20 vezes por meio de um processo no qual ele adiciona uma pequena quantidade de esférico, nanopartículas magnéticas aos hidrogéis à base de colágeno. Todo o processo é concluído em questão de segundos, e permite que ele personalize o gel ao longo de vários graus de rigidez e resistência, dependendo da quantidade de nanopartículas no material, Gaharwar diz.

p O processo, ele adiciona, tem outra vantagem distinta:é compatível com células. Como Gaharwar está usando concentrações extremamente baixas de nanopartículas, seu processo não altera significativamente a composição química do hidrogel.

p Controlando as propriedades físicas dos hidrogéis, Gaharwar explica, é essencial porque esses géis precisam ser duráveis ​​e, ao mesmo tempo, corresponder às propriedades dos tecidos que estão simulando quando implantados no corpo - por exemplo, quando atuam como andaimes que auxiliam na cura de lesões internas. Essa é apenas uma das inúmeras aplicações biomédicas que o hidrogel de Gaharwar poderia impactar. Além de aplicações de engenharia de tecidos, O hidrogel mecanicamente aprimorado de Gaharwar pode promover abordagens de entrega de drogas, biossensores e outras tecnologias, mas pode desempenhar um papel ainda mais importante como uma ferramenta para aprender sobre células-tronco, ele diz. O sistema, ele explica, poderia permitir aos pesquisadores entender melhor como as células-tronco se comportam e até mesmo controlar como elas se diferenciam em tipos específicos de células.

p Conhecidos por sua capacidade de se desenvolver em diferentes tipos de células - como um músculo, células sanguíneas ou cerebrais - as células-tronco têm o potencial de servir como um sistema de reparo interno, reabastecer outras células. Chave para esta transformação, Notas de Gaharwar, é o microambiente que envolve as células-tronco. Dependendo de onde essas células-tronco estão localizadas no corpo, essas células se transformarão em diferentes tipos de células, ele explica. Por exemplo, as células-tronco que estão sendo alongadas em ambientes mais rígidos podem, em última análise, se transformar em células ósseas, enquanto as células-tronco que permanecem redondas em ambientes mais suaves podem se transformar em cartilagem. Pense nisso como uma espécie de efeito dominó:o microambiente da célula-tronco influencia sua forma, e a forma da célula-tronco influencia seu desenvolvimento em um tipo específico de célula. Dado este fato, Gaharwar acredita que controlar a rigidez do ambiente da célula (neste caso, um hidrogel que engloba células-tronco) pode resultar em um maior controle da diferenciação das células-tronco.

p Controlando esse ambiente, Gaharwar diz, é alcançado através de um processo conhecido como reticulação. Crosslinking, ele explica, envolve a união das cadeias poliméricas que compõem um hidrogel para que formem uma rede interconectada que basicamente serve como uma espinha dorsal para o gel e, como resultado, aumenta sua rigidez. A união dessas cadeias requer nanopartículas de Gaharwar, que servem como uma espécie de argamassa ao ligar essas cadeias a nível molecular. Estes esféricos, nanopartículas de óxido de ferro, que tiveram suas superfícies modificadas por Gaharwar e sua equipe, têm vários pontos de conjugação nos quais as cadeias poliméricas se ligam formando fortes ligações químicas, ele diz. Quando isso ocorrer, uma rede de correntes é formada e o hidrogel é reforçado, ele diz.

p Outras tecnologias padrão que fazem uso de diferentes nanopartículas não resultam no mesmo nível de rigidez mecânica porque as nanopartículas não estão interagindo quimicamente com as cadeias poliméricas no gel; eles estão apenas presos, Gaharwar explica. O que mais, as abordagens que alcançam alguma medida de rigidez frequentemente produzem um ambiente não amigável para a célula que resulta em morte celular devido a altas concentrações do agente de reforço, ele diz. A abordagem de Gaharwar supera esse desafio usando um 10, Concentração 000 vezes menor de nanopartículas.

p "Ao adicionar uma concentração mínima de nanopartículas, podemos obter um aumento ou diminuição drástica nas propriedades físicas do hidrogel, "Gaharwar diz." Ao alterar o tamanho e a concentração das nanopartículas, podemos obter hidrogéis que variam de um quilopascal a 200 quilopascais. "

p Alimentado pelos resultados iniciais promissores que ele e sua equipe alcançaram, Gaharwar planeja continuar trabalhando com o hidrogel aprimorado para determinar se ele pode realmente desencadear uma diferenciação nas células-tronco. Essas células, ele explica, precisam experimentar um ambiente dinâmico (como fariam no corpo) onde vários graus de força são aplicados através do hidrogel e experimentados pelas células dentro dele. Na próxima fase da pesquisa, a equipe, ele diz, espera introduzir este estímulo externo com um biorreator para que estudos mais aprofundados possam ser realizados.