Macarrão peptídico alinhado pode permitir tecidos biológicos cultivados em laboratório
Micrografias confocal de células espalhadas em “macarrões” de MDP alinhados. Os núcleos das células estão corados em azul e a actina está corada em verde (barra de escala =500 micrômetros). Crédito:Adam Farsheed/Rice University Uma equipe de químicos e bioengenheiros da Universidade Rice e da Universidade de Houston alcançou um marco significativo em seu trabalho para criar um biomaterial que pode ser usado para cultivar tecidos biológicos fora do corpo humano.
O desenvolvimento de um novo processo de fabricação para criar hidrogéis de nanofibras alinhados poderia oferecer novas possibilidades para a regeneração de tecidos após lesões e fornecer uma maneira de testar candidatos a medicamentos terapêuticos sem o uso de animais.
A equipe de pesquisa, liderada por Jeffrey Hartgerink, professor de química e bioengenharia, desenvolveu hidrogéis à base de peptídeos que imitam a estrutura alinhada dos tecidos musculares e nervosos. O alinhamento é fundamental para a funcionalidade dos tecidos, mas é um recurso desafiador para reproduzir em laboratório, pois envolve o alinhamento de células individuais.
Por mais de dez anos, a equipe vem projetando peptídeos multidomínios (MDPs) que se automontam em nanofibras. Estas assemelham-se às proteínas fibrosas encontradas naturalmente no corpo, muito parecidas com uma teia de aranha em nanoescala.
Em seu último estudo, publicado na revista ACS Nano , os pesquisadores descobriram um novo método para criar "macarrão" de nanofibra de MDP alinhado.
Ao dissolver primeiro os peptídeos em água e depois extrudá-los em uma solução salgada, eles foram capazes de criar nanofibras peptídicas alinhadas – como fios de corda torcidos menores que uma célula. Ao aumentar a concentração de íons, ou sal, na solução e repetir o processo, conseguiram um alinhamento ainda maior das nanofibras. “Nossas descobertas demonstram que nosso método pode produzir nanofibras peptídicas alinhadas que orientam efetivamente o crescimento celular na direção desejada”, explicou o autor principal Adam Farsheed, que recentemente recebeu seu doutorado. em bioengenharia de Rice.
“Este é um passo crucial para a criação de tecidos biológicos funcionais para aplicações em medicina regenerativa”.
Uma das principais conclusões do estudo foi uma descoberta inesperada:quando o alinhamento das nanofibras peptídicas era muito forte, as células não estavam mais alinhadas. Investigações posteriores revelaram que as células precisavam ser capazes de “puxar” as nanofibras peptídicas para reconhecer o alinhamento. Quando as nanofibras eram muito rígidas, as células não conseguiam exercer essa força e não conseguiam se organizar na configuração desejada.
"Essa visão do comportamento celular pode ter implicações mais amplas para a engenharia de tecidos e o design de biomateriais", disse Hartgerink.
"Compreender como as células interagem com esses materiais em nanoescala pode levar a estratégias mais eficazes para a construção de tecidos."
Coautores adicionais do estudo de Rice incluem Ph.D. do departamento de química. os graduados Tracy Yu e Carson Cole, o estudante de pós-graduação Joseph Swain e o pesquisador de graduação Adam Thomas. O pesquisador de graduação em bioengenharia Jonathan Makhoul, o estudante de pós-graduação Eric Garcia Huitron e a professora K. Jane Grande-Allen também foram coautores do estudo. A equipe de pesquisadores da Universidade de Houston inclui Ph.D. o aluno Christian Zevallos-Delgado, o assistente de pesquisa Sajede Saeidifard, o professor assistente de pesquisa Manmohan Singh e o professor de engenharia Kirill Larin.
