p As nanopartículas têm aplicações como agentes terapêuticos para doenças articulares, como a osteoartrite. Mas o papel da difusão de nanopartículas no fluido sinovial ou no fluido dentro da articulação não é completamente compreendido. Em um novo relatório agora publicado em Avanços da Ciência , Mythreyi Unni e uma equipe de pesquisa em engenharia química e engenharia biomédica nos EUA usaram a relação de Stokes-Einstein para descrever a difusão rotacional e translacional de nanopartículas revestidas com polímero em soluções quiescentes de fluido sinovial e ácido hialurônico. Os resultados forneceram uma visão sobre o comportamento difusivo de nanopartículas inorgânicas revestidas com polímero em agregados complexos de ambientes biológicos que estão tipicamente presentes na articulação. p Nanopartículas no laboratório

p Nanopartículas são agentes terapêuticos e diagnósticos e os pesquisadores buscam entender sua difusão em fluidos biológicos - chave para aplicações clínicas. As partículas podem ser projetadas para monitorar e tratar a osteoartrite, embora seus papéis de difusão nos fluidos sinoviais ainda não sejam compreendidos. Nesse trabalho, Unni et al. estudou a difusão translacional e rotacional de coloidal, nanopartículas estáveis ​​e neutras no fluido sinovial bovino e em soluções de ácido hialurônico, o último dos quais constitui o principal componente do líquido sinovial na articulação. As partículas podem ser transferidas em um fluido por convecção e difusão com base em flutuações térmicas aleatórias descritas por meio de sua difusividade translacional e rotacional em função das propriedades da partícula e do fluido. Contudo, desvios das relações de Stokes-Einstein ocorreram em tais nanopartículas em solução. A difusão de nanopartículas em soluções biológicas e de polieletrólitos está, portanto, em falta e esta informação pode formar um guia essencial para projetar nanopartículas para aplicações biomédicas, incluindo terapia e diagnóstico de doenças articulares. Unni et al. usaram medições de espectroscopia de correlação de fótons de raios-X e medições de suscetibilidade magnética dinâmica e durante os experimentos, eles garantiram a estabilidade coloidal das nanopartículas revestindo-as com polietilenoglicol. Os resultados do estudo forneceram uma visão sobre o comportamento das nanopartículas revestidas com polímero em ambientes biológicos.

p Difusão de nanopartículas no líquido sinovial

p Unni et al. usaram nanopartículas de ferrita de cobalto revestidas com polímero de diferentes tamanhos hidrodinâmicos durante o estudo. As nanopartículas mantiveram um diâmetro de núcleo inorgânico e um diâmetro hidrodinâmico, que a equipe mediu usando microscopia eletrônica de transmissão. Os pesquisadores usaram a nanoprecipitação flash para preparar nanopartículas compostas maiores e estudaram suas difusividades rotacionais no fluido sinovial bovino com estudos de caracterização reológica. Usando medições de espalhamento de raios-X de pequeno ângulo, eles avaliaram a estrutura e o estado de agregação das nanopartículas no líquido sinovial. Unni et al. em seguida, estudou as nanopartículas no fluido sinovial usando espectroscopia de correlação de fótons de raios-X, que sugeriu a difusão browniana das partículas. Quando eles submeteram os materiais a campos magnéticos alternados, eles responderam pela rotação física das partículas, conhecido como relaxamento browniano, que seguiu o modelo Debye. As medições de suscetibilidade magnética dinâmica das nanopartículas revestidas no fluido sinovial mostraram como substratos maiores foram mais substancialmente restritos no fluido. Em seguida, a equipe estudou a difusão de nanopartículas em soluções de ácido hialurônico - o principal componente do líquido sinovial.

p Difusão de nanopartículas em soluções de ácido hialurônico

p A equipe ainda usou ácido hialurônico e os caracterizou usando reometria e observou o comportamento newtoniano aparente para soluções com concentrações abaixo de 1 mg / mL. A equipe então conduziu medições de espectroscopia de raio-X de espalhamento de pequeno ângulo para estudar a estrutura e o estado de agregação das nanopartículas em soluções de ácido hialurônico e na água. Enquanto as nanopartículas compostas permaneceram intactas na água, a equipe observou polidispersidade mais ampla para nanopartículas em soluções hialurônicas. A viscosidade em nanoescala foi distinta da viscosidade de baixo cisalhamento macroscópica determinada por reometria. Os coeficientes de difusão rotacional também diferiram para os dois tipos de nanopartículas, onde os valores para as nanopartículas menores foram menores do que aqueles para as partículas compostas maiores. Com base no comportamento das nanopartículas, a equipe formulou a hipótese de que a viscosidade média circundante é muito maior do que a viscosidade do solvente, que se alinhava com as investigações de Albert Einstein sobre a teoria do movimento browniano. Contudo, em 1942, o físico Maurice L. Huggins modificou o modelo de Einstein para descrever a viscosidade de soluções poliméricas, e a hipótese apresentada neste trabalho por Unni et al. concordou com o modelo modificado.

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p Panorama

p Desta maneira, Mythreyi Unni e colegas apresentaram uma abordagem reducionista para entender o transporte de nanopartículas em uma junta lotada e confinada, estudando a difusão de nanopartículas no fluido sinovial e em soluções de ácido hialurônico que normalmente constituem o fluido articular. A composição e as propriedades reológicas do fluido podem variar com a idade e a doença para influenciar a difusão das nanopartículas. Estudos adicionais com nanopartículas de uma faixa de tamanho mais ampla e revestimentos devem ser usados ​​para avaliar o transporte de nanopartículas na cartilagem porosa e na sinóvia multicamadas. A equipe descreveu o coeficiente de difusão das nanopartículas revestidas com polímero usando a relação de Stokes-Einstein e seguiu com descrições da viscosidade do meio usando um modelo desenvolvido por Huggins. O trabalho mostrou como o comportamento difusivo de nanopartículas revestidas com polímero em fluido biológico e seus constituintes podem guiar projetos de nanopartículas em biomedicina. p © 2021 Science X Network