p O corpo humano é mantido unido por um intrincado sistema de cabos de tendões e músculos, projetado por natureza para ser resistente e altamente extensível. Uma lesão em qualquer um desses tecidos, particularmente em uma grande articulação como o ombro ou joelho, pode exigir reparos cirúrgicos e semanas de mobilidade limitada para cicatrizar completamente. p Agora, os engenheiros do MIT criaram um projeto de engenharia de tecidos que pode permitir uma amplitude flexível de movimento em tendões e músculos lesionados durante a cura.

p A equipe projetou pequenas bobinas revestidas com células vivas, que eles dizem que podem atuar como andaimes elásticos para reparar músculos e tendões danificados. As bobinas são feitas de centenas de milhares de nanofibras biocompatíveis, firmemente torcido em bobinas que se assemelham a corda náutica em miniatura, ou fio.

p Os pesquisadores revestiram o fio com células vivas, incluindo células-tronco musculares e mesenquimais, que crescem e se alinham naturalmente ao longo do fio, em padrões semelhantes ao tecido muscular. Os pesquisadores descobriram que a configuração enrolada do fio ajuda a manter as células vivas e em crescimento, mesmo quando a equipe esticava e entortava o fio várias vezes.

p No futuro, os pesquisadores imaginam que os médicos poderiam revestir os tendões e músculos danificados dos pacientes com este novo material flexível, que seria revestido com as mesmas células que constituem o tecido lesado. A elasticidade do "fio" pode ajudar a manter a amplitude de movimento do paciente enquanto novas células continuam a crescer para substituir o tecido lesado.

p "Quando você repara músculo ou tendão, você realmente tem que corrigir o movimento deles por um período de tempo, usando uma bota, por exemplo, "diz Ming Guo, professor assistente de engenharia mecânica no MIT. "Com este fio de nanofibra, a esperança é, você não terá que usar nada assim. "

p Guo e seus colegas publicaram seus resultados esta semana no Proceedings of the National Academy of Sciences . Seus co-autores do MIT são Yiwei Li, Yukun Hao, Satish Gupta, e Jiliang Hu. A equipe também inclui Fengyun Guo, Yaqiong Wang, Nü Wang, e Yong Zhao, da Beihang University.

p Preso na goma

p O novo fio de nanofibra foi inspirado em parte pelo trabalho anterior do grupo em membranas de lagosta, onde eles encontraram a barriga dura, porém elástica, do crustáceo é devido a uma camada estrutura semelhante a madeira compensada. Cada camada microscópica contém centenas de milhares de nanofibras, todos alinhados na mesma direção, em um ângulo que é ligeiramente deslocado da camada logo acima e abaixo.

p O alinhamento preciso das nanofibras torna cada camada individual altamente esticável na direção em que as fibras estão dispostas. Guo, cujo trabalho se concentra na biomecânica, viu o padrão elástico natural da lagosta como uma inspiração para criar tecidos artificiais, particularmente para regiões de grande alongamento do corpo, como ombros e joelhos.

p Guo diz que engenheiros biomédicos incorporaram células musculares em outros materiais elásticos, como hidrogéis, nas tentativas de moldar tecidos artificiais flexíveis. Contudo, enquanto os próprios hidrogéis são elásticos e resistentes, as células incorporadas tendem a quebrar quando esticadas, como papel de seda grudado em um pedaço de chiclete.

p "Quando você deforma amplamente um material como o hidrogel, será esticado muito bem, mas as células não agüentam, "Guo diz." Uma célula viva é sensível, e quando você os estica, eles morrem."

p Abrigo em um furtivo

p Os pesquisadores perceberam que simplesmente considerar a extensibilidade de um material não seria suficiente para projetar um tecido artificial. Esse material também teria que ser capaz de proteger as células das tensões severas produzidas quando o material é esticado.

p A equipe olhou para músculos e tendões reais para obter mais inspiração, e observaram que os tecidos são feitos de fios de fibras de proteínas alinhadas, enrolados juntos para formar hélices microscópicas, ao longo do qual as células musculares crescem. Acontece que, quando as bobinas de proteína se esticam, as células musculares simplesmente giram, como minúsculos pedaços de papel de seda presos em uma furadeira.

p Guo procurou replicar este natural, elástico, estrutura de proteção celular como um material de tecido artificial. Para fazer isso, a equipe criou centenas de milhares de nanofibras alinhadas, usando eletrofiação, uma técnica que usa força elétrica para extrair fibras ultrafinas de uma solução de polímero ou outros materiais. Nesse caso, ele gerou nanofibras feitas de materiais biocompatíveis como a celulose.

p A equipe então agrupou fibras alinhadas e torceu-as lentamente para formar primeiro uma espiral, e então uma bobina ainda mais apertada, em última análise, assemelha-se a fios e mede cerca de meio milímetro de largura. Finalmente, eles semearam células vivas ao longo de cada bobina, incluindo células musculares, células-tronco mesenquimais, e células de câncer de mama humano.

p Os pesquisadores então esticaram repetidamente cada bobina em até seis vezes seu comprimento original, e descobri que a maioria das células em cada bobina permaneceu viva e continuou a crescer à medida que as bobinas eram esticadas. Interessantemente, quando eles semearam células mais soltas, estruturas em forma de espiral feitas dos mesmos materiais, eles descobriram que as células tinham menos probabilidade de permanecer vivas. Guo diz que a estrutura das bobinas mais apertadas parece "proteger" as células contra danos.

p Daqui para frente, o grupo planeja fabricar bobinas semelhantes a partir de outros materiais biocompatíveis, como seda, que poderia ser injetado em um tecido lesado. As bobinas podem fornecer um temporário, andaime flexível para o crescimento de novas células. Uma vez que as células reparam com sucesso uma lesão, o andaime pode se dissolver.

p "Podemos um dia incorporar essas estruturas sob a pele, e o material [da bobina] eventualmente seria digerido, enquanto as novas células permanecem fixas, "Guo diz." A coisa boa sobre esse método é, é muito geral, e podemos experimentar diferentes materiais. Isso pode empurrar muito o limite da engenharia de tecidos. " p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.