Notícia

Gel biodegradável é promissor na regeneração de cartilagem

Alex Walls, UBC

Fonte

UBC | Universidade da Colúmbia Britânica

Data

quarta-feira, 28 junho 2023 15:00

Áreas

Bioengenharia. Biologia. Biomecânica. Biotecnologia. Ciência dos Materiais. Cirurgia. Engenharia Biomédica. Engenharia de Tecidos. Medicina. Ortopedia. Saúde Pública.

Um gel que combina rigidez e resistência é um passo à frente na tentativa de criar implantes biodegradáveis para lesões articulares, de acordo com uma nova pesquisa da Universidade da Colúmbia Britânica (UBC), no Canadá.

Imitar a cartilagem articular, encontrada nas articulações do joelho e do quadril, é um desafio. A cartilagem é a chave para suavizar o movimento das articulações, e danos a ela podem causar dor, reduzir a amplitude de movimento e levar à artrite. Uma solução potencial é implantar estruturas (scaffolds) artificiais feitos de proteínas que ajudam a cartilagem a se regenerar à medida que o scaffold se biodegrada. O quão bem a cartilagem se regenera está ligado a quão bem um scaffold pode imitar as propriedades biológicas da cartilagem e, até o momento, os pesquisadores têm lutado para combinar as propriedades aparentemente incompatíveis de rigidez e resistência.

Recentemente, uma nova pesquisa de cientistas canadenses e chineses publicada na revista científica Nature descreveu um método para disponibilizar essas propriedades em um gel biodegradável. “A cartilagem é complicada. O reparo da cartilagem articular representa um importante desafio médico porque, naturalmente, não se repara sozinha”, disse o Dr. Hongbin Li, autor sênior do estudo e professor do Departamento de Química da UBC.

Os implantes de cartilagem biodegradáveis devem atingir um equilíbrio delicado, pois precisam ser rígidos e resistentes, como a cartilagem real. Mecanicamente, quando algo é rígido – ou resistente a ser deformado – isso geralmente significa que também é frágil – ou seja, pode romper repentinamente quando submetido a esforço, como o vidro. É o caso dos implantes atuais feitos de proteínas, que criam uma incompatibilidade entre o que as células precisam e o que está sendo fornecido, disse o Dr. Li. Isso faz com que a cartilagem não se repare tão bem quanto poderia.

No estudo, o Dr. Hongbin Li e sua equipe desenvolveram uma nova abordagem para endurecer um gel de proteína sem sacrificar a resistência, emaranhando fisicamente as cadeias de uma proteína específica que compõe a rede do gel. “Essas correntes emaranhadas podem se mover, o que permite que a energia, por exemplo, do impacto de um salto, seja dissipada, assim como nos amortecedores das bicicletas. Além disso, combinamos isso com um método existente de dobrar e desdobrar proteínas, que também permite a dissipação de energia”, disse a Dra. Linglan Fu, primeira autora do artigo e pesquisadora que conduziu a pesquisa como estudante de doutorado no Departamento de Química da UBC.

O gel resultante é super resistente, capaz de resistir ao corte com um bisturi, e mais rígido do que outros hidrogéis de proteína. Sua capacidade de resistir à compressão está entre as mais altas alcançadas por qualquer um desses géis e comparada favoravelmente com a cartilagem articular real. E o gel foi capaz de recuperar rapidamente sua forma original após a compressão, como acontece com a cartilagem real após um salto.

Coelhos implantados com o gel mostraram sinais notáveis de reparo da cartilagem articular 12 semanas após o implante, sem nenhum hidrogel remanescente e sem rejeição do implante pelo sistema imunológico dos animais. Os pesquisadores observaram o crescimento do tecido ósseo semelhante ao tecido existente e o tecido regenerado próximo à cartilagem existente para o grupo de implante de gel – resultados muito melhores do que os observados com um grupo de controle.

Curiosamente, uma versão mais rígida do gel teve melhores resultados do que uma versão mais macia, provavelmente devido à maior rigidez ser mais compatível com os tecidos ósseos e cartilaginosos e, assim, fornecer uma sugestão física ao corpo para uma regeneração eficaz. No entanto, os pesquisadores perceberam limites nessa rigidez: o gel mais rígido não funcionou tão bem, provavelmente devido à sua degradação mais lenta no corpo. “Isso apenas mostra o quão complexa é essa área de pesquisa e a necessidade de levar em consideração as diversas pistas e fatores físicos e bioquímicos ao projetar esses scaffolds”, disse o Dr. Qing Jiang, coautor do estudo, professor e cirurgião da Universidade de Nanjing, na Chima.

Mais testes em animais são necessários e a pesquisa ainda é prematura para testes em humanos. Os próximos passos dos pesquisadores incluem estes testes, ajuste fino da composição atual do gel e adição de alterações bioquímicas adicionais para promover ainda mais a regeneração celular. “Ao otimizar as alterações bioquímicas e biomecânicas juntas, veremos no futuro se esses novos scaffolds podem levar a resultados ainda melhores”, concluiu o Dr. Hongbin Li.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade da Colúmbia Britânica (em inglês).

Fonte: Alex Walls, UBC. Imagem: Dra. Linglan Fu segurando o hidrogel. Fonte: Alex Walls, UBC.

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