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Inspirados por suturas desenvolvidas há milhares de anos, os engenheiros do MIT projetaram suturas “inteligentes” que podem não apenas manter o tecido no lugar, mas também detectar inflamações e liberar drogas.
As novas suturas são derivadas de tecido animal, semelhantes às suturas “catgut” usadas pela primeira vez pelos antigos romanos. Em uma reviravolta moderna, a equipe do MIT revestiu as suturas com hidrogéis que podem ser incorporados a sensores, medicamentos ou até mesmo células que liberam moléculas terapêuticas.
“O que temos é uma sutura bioderivada e modificada com um revestimento de hidrogel capaz de ser um reservatório para sensores de inflamação ou para drogas como anticorpos monoclonais para tratar a inflamação. Notavelmente, o revestimento também tem a capacidade de reter células que são viável por um período prolongado”, diz Giovanni Traverso, professor associado de engenharia mecânica do MIT, gastroenterologista do Brigham and Women’s Hospital e autor sênior do estudo.
Os pesquisadores imaginam que essas suturas poderiam ajudar os pacientes com doença de Crohn a se recuperarem após a cirurgia para remover parte do intestino. As suturas também podem ser adaptadas para curar feridas ou incisões cirúrgicas em outras partes do corpo, dizem os pesquisadores.
Os ex-pós-docs do MIT Jung Seung Lee e Hyunjoon Kim são os principais autores do artigo, que aparece hoje na revista. Matéria.
Inspirado em categute
Suturas de catgut – que são feitas de fios de colágeno purificado de vacas, ovelhas ou cabras (mas não de gatos) – formam nós fortes que se dissolvem naturalmente em cerca de 90 dias. Embora suturas absorvíveis sintéticas também estejam disponíveis, o categute ainda é usado em muitos tipos de cirurgia.
Traverso e seus colegas queriam ver se poderiam desenvolver esse tipo de sutura derivada de tecido para criar um material que fosse resistente e absorvível e tivesse funções avançadas, como detecção e administração de medicamentos.
Essas suturas podem ser particularmente úteis para pacientes com doença de Crohn que precisam remover uma parte do intestino devido ao bloqueio causado por cicatrização excessiva ou inflamação. Este procedimento requer a vedação das duas extremidades deixadas para trás após a remoção de uma seção do intestino. Se essa vedação não ficar firme, pode causar vazamentos perigosos para o paciente.
Para ajudar a reduzir esse risco, a equipe do MIT queria projetar uma sutura que pudesse não apenas manter o tecido no lugar, mas também detectar inflamação, um sinal de alerta precoce de que os intestinos selados não estão cicatrizando adequadamente.
Os pesquisadores criaram suas novas suturas a partir de tecido de porco, que “descelularizaram” usando detergentes, para reduzir as chances de induzir inflamação no tecido hospedeiro. Esse processo deixa para trás um material livre de células que os pesquisadores chamam de “De-gut”, que contém proteínas estruturais como o colágeno, além de outras biomoléculas encontradas na matriz extracelular que envolve as células.
Depois de desidratar o tecido e torcê-lo em fios, os pesquisadores avaliaram sua resistência à tração – uma medida de quanto alongamento ele pode suportar antes de quebrar – e descobriram que era comparável às suturas de catgut disponíveis comercialmente. Eles também descobriram que as suturas De-gut induzem muito menos uma resposta imune do tecido circundante do que o categute tradicional.
“Os tecidos descelularizados têm sido amplamente utilizados na medicina regenerativa com sua excelente biofuncionalidade”, diz Lee. “Sugerimos agora uma nova plataforma para realizar detecção e entrega usando tecido descelularizado, que abrirá novas aplicações de materiais derivados de tecido”.
Aplicativos inteligentes
Em seguida, os pesquisadores começaram a aprimorar o material de sutura com funções adicionais. Para fazer isso, eles revestiram as suturas com uma camada de hidrogel. Dentro do hidrogel, eles podem incorporar vários tipos de carga – micropartículas que podem sentir a inflamação, várias moléculas de drogas ou células vivas.
Para a aplicação do sensor, os pesquisadores projetaram micropartículas revestidas com peptídeos que são liberados quando enzimas associadas à inflamação chamadas MMPs estão presentes no tecido. Esses peptídeos podem ser detectados usando um simples teste de urina.
Os pesquisadores também mostraram que poderiam usar o revestimento de hidrogel para transportar medicamentos usados para tratar doenças inflamatórias intestinais, incluindo um esteroide chamado dexametasona e um anticorpo monoclonal chamado adalimumabe. Essas drogas foram transportadas por micropartículas feitas de polímeros aprovados pela FDA, como PLGA e PLA, que são usados para controlar a taxa de liberação de drogas. Essa abordagem também pode ser adaptada para administrar outros tipos de medicamentos, como antibióticos ou quimioterápicos, dizem os pesquisadores.
Essas suturas inteligentes também podem ser usadas para fornecer células terapêuticas, como células-tronco. Para explorar essa possibilidade, os pesquisadores incorporaram as suturas com células-tronco projetadas para expressar um marcador fluorescente e descobriram que as células permaneceram viáveis por pelo menos sete dias quando implantadas em camundongos. As células também foram capazes de produzir fator de crescimento endotelial vascular (VEGF), um fator de crescimento que estimula o crescimento das células sanguíneas.
Os pesquisadores agora estão trabalhando em mais testes de cada uma dessas aplicações possíveis e na ampliação do processo de fabricação das suturas. Eles também esperam explorar a possibilidade de usar as suturas em outras partes do corpo além do trato gastrointestinal.
Outros autores do artigo são Gwennyth Carroll, Gary Liu, Ameya Kirtane, Alison Hayward, Adam Wentworth, Aaron Lopes, Joy Collins, Siid Tamang, Keiko Ishida, Kaitlyn Hess, Junwei Li e Sufeng Zhang.
A pesquisa foi financiada pela Leona M. e Harry B. Helmsley Charitable Trust, o Departamento de Engenharia Mecânica do MIT, a Fundação Nacional de Pesquisa da Coréia e um Instituto Nacional de Diabetes e Doenças Digestivas e Renais Ruth L. Kirschstein NRSA Fellowship.
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