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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 UBC.
Imitar a cartilagem articular, encontrada nas articulações do joelho e do quadril, é um desafio. Essa cartilagem é a chave para suavizar o movimento das articulações, e danos a ela podem causar dor, reduzir a função e levar à artrite. Uma solução potencial é implantar andaimes artificiais feitos de proteínas que ajudam a cartilagem a se regenerar à medida que o andaime se biodegrada. O quão bem a cartilagem se regenera está ligada a quão bem um andaime 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.
Agora, uma nova pesquisa de cientistas canadenses e chineses publicada hoje na Naturezadescreve um método para combinar essas propriedades em um gel biodegradável. “A cartilagem é complicada”, diz o autor sênior Dr. Hongbin Li, professor do departamento de química da UBC. “O reparo da cartilagem articular representa um importante desafio médico porque, naturalmente, não se repara sozinho.
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, resiste a ser dobrado ou deformado, mas isso geralmente significa que é frágil – quando você o dobra, ele quebra, como vidro. Quando algo é duro, ele resiste a quebrar, mesmo quando você o dobra, mas pode ser muito macio para ser útil em uma articulação, como geléia, ou até mesmo mais macio que a cartilagem real. 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, diz o Dr. Li. Isso faz com que a cartilagem não se repare tão bem quanto poderia.
No estudo, o Dr. Li e sua equipe desenvolveram uma nova abordagem para endurecer um gel de proteína sem sacrificar a resistência, emaranhando fisicamente as cadeias de uma determinada proteína que compunha a rede do gel. “Essas correntes emaranhadas podem se mover, o que permite que a energia, por exemplo, do impacto de saltos, seja dissipada, assim como os amortecedores de bicicletas. Além disso, combinamos isso com um método existente de dobrar e desdobrar proteínas, que também permite dissipação de energia”, diz o primeiro autor, Dr. Linglan Fu, que conduziu a pesquisa como estudante de doutorado no departamento de química da UBC.
O gel resultante era super resistente, capaz de resistir ao corte com um bisturi e era mais rígido do que outros hidrogéis de proteína. Sua capacidade de resistir à compressão estava 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 o salto.
Coelhos implantados com o gel mostraram sinais notáveis de reparo da cartilagem articular 12 semanas após o implante, sem 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, pode haver algo muito rígido: o gel mais rígido não funcionou tão bem, provavelmente devido à sua degradação mais lenta no corpo, disseram os pesquisadores. “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 andaimes”, diz o co-autor Dr. Qing Jiang, professor e cirurgião da Universidade de Nanjing. .
Mais testes em animais são necessários e a pesquisa ainda é prematura para testes em humanos. Os próximos passos dos pesquisadores incluem este teste, ajuste fino da composição atual do gel e adição de pistas bioquímicas adicionais para promover ainda mais a regeneração celular. “Ao otimizar as pistas bioquímicas e biomecânicas juntas, veremos no futuro se esses novos andaimes podem levar a resultados ainda melhores”, diz o Dr. Li.
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