A engenharia de tecidos, que envolve o uso de enxertos ou suportes para auxiliar a regeneração celular, está emergindo como uma prática médica fundamental para o tratamento da perda muscular volumétrica (VML), uma condição em que uma quantidade significativa de tecido muscular é perdida além da capacidade regenerativa natural do corpo. Para melhorar os resultados cirúrgicos, os enxertos musculares tradicionais estão dando lugar a materiais de estrutura artificial, com as nanopartículas (NPs) MXene se destacando como uma opção promissora.



MXene NPs são materiais 2D compostos principalmente de carbonetos e nitretos de metais de transição. Eles são altamente condutores de eletricidade, podem acomodar uma ampla gama de grupos funcionais e possuem estruturas empilhadas que promovem interações celulares e crescimento muscular. Embora tenha havido demonstrações práticas em laboratório mostrando a sua capacidade de promover a reconstrução dos músculos esqueléticos, o mecanismo específico pelo qual o fazem permanece obscuro.

Para resolver esta lacuna, o Professor Associado Yun Hak Kim do Departamento de Anatomia e Departamento de Informática Biomédica, juntamente com os Professores Suck Won Hong e Dong-Wook Han do Departamento de Engenharia Cogno-Mecatrônica da Universidade Nacional de Pusan ​​desenvolveram matrizes nanofibrosas contendo MXene NPs como andaimes. Eles usaram sequenciamento de DNA para revelar os genes e vias biológicas ativadas pelos MXene NPs para auxiliar na regeneração muscular.

Essas descobertas, publicadas em Nano-Micro Letters , marcam um avanço significativo no uso de andaimes MXene para tratamento de danos musculares.

“Esta descoberta apresenta um caminho prospectivo para a utilização destes materiais para aumentar a eficácia da regeneração do tecido muscular pós-lesão ou dano”, explica o professor Kim.

Na fase inicial, a equipe criou uma matriz nanofibrosa de PCM contendo poli(lactídeo-co-ε-caprolactona) (P), reforçada com colágeno (C) e Ti₃ C₂ T_x Nanopartículas MXene (M). Para determinar o efeito específico dos NPs MXene no crescimento muscular, eles prepararam três controles:PLCL puro (P), PLCL com colágeno (PC) e PLCL com MXene (PM). Ao testar todas as estruturas em modelos de camundongos com perda muscular volumétrica induzida, os pesquisadores observaram um aumento significativo no número total de células musculares em camundongos tratados com PCM em comparação com os outros grupos.

Para entender como as nanopartículas MXene (NPs) impactam a regeneração e o crescimento muscular em nível molecular, os pesquisadores introduziram C₂ C₁₂ mioblastos, que são precursores das células musculares, em matrizes PC e PCM. O objetivo foi analisar as diferenças nos níveis de expressão gênica entre as duas matrizes. Dentro da matriz PCM, foi identificada uma produção aumentada de óxido nítrico sintase induzível (iNOS) e quinase 1 regulada por soro / glicocorticóide (SGK1) - duas proteínas intimamente associadas à sinalização de cálcio e à regeneração muscular.

Estes resultados sugerem que os MXenes promovem o íon cálcio (Ca ²⁺ ) deposição ao redor das células. Isso aumentou os níveis de Ca intracelular ²⁺ desencadeia a ativação de genes que produzem proteínas iNOS e SGK1. SGK1 influencia a via mTOR-AKT, promovendo a proliferação celular, sobrevivência e miogênese – a conversão de mioblastos em fibras musculares. Simultaneamente, a iNOS aumenta a produção de óxido nítrico (NO), contribuindo para a proliferação de mioblastos e fusão das fibras musculares.

Os efeitos combinados levam ao desenvolvimento de tecido muscular maduro. As matrizes nanofibrosas alinhadas de PCM oferecem pistas biofísicas para sinalização bioquímica intracelular, orientando comportamentos miogênicos. Esta descoberta contribui para a nossa compreensão do potencial do MXene para regenerar músculos e é uma promessa para refinar projetos de andaimes para aprimorar ainda mais esse processo.

"Dentro de 5 a 10 anos, esta pesquisa poderá produzir tratamentos inovadores para lesões musculares. As matrizes infundidas com MXene NP podem se tornar uma rotina na prática médica para atletas, pessoas com doenças musculares e aqueles que se recuperam de traumas ou cirurgias musculares, " Prof. Kim afirma. “Esses NPs podem melhorar os métodos de regeneração muscular, oferecendo melhores resultados para cirurgias reconstrutivas e condições como a distrofia muscular, onde a função muscular está comprometida”.

As matrizes infundidas com MXene NP têm potencial de personalização para atender a diversas necessidades no tratamento de lesões por perda muscular. Essa personalização pode envolver o ajuste da composição, estrutura ou propriedades para atender às necessidades específicas do paciente, como tamanho, formato ou aumento de bioatividade. A adaptação desses materiais pode oferecer soluções personalizadas para vários níveis de perda muscular. Além disso, a regeneração muscular melhorada observada poderia ajudar numa recuperação mais eficiente, reduzindo potencialmente as necessidades de reabilitação pós-tratamento.

Estas matrizes, com propriedades mecânicas controláveis, são promissoras para melhorar a regeneração muscular in vivo. Mais pesquisas sobre o MXene prometem aplicações clínicas expandidas, beneficiando potencialmente o bem-estar humano.

Mais informações: Moon Sung Kang et al, Matrizes de nanofibras ternárias altamente alinhadas carregadas com regeneração acelerada MXene de perda muscular volumétrica, letras nano-micro (2024). DOI:10.1007/s40820-023-01293-1
Fornecido pela Universidade Nacional de Pusan ​​