Um novo hidrogel comparável aos nossos tecidos e potencialmente inalterável para nos “reparar”

Os hidrogéis injetáveis ​​são utilizados na medicina em diversos casos, seja para reconstrução cirúrgica, reparo muscular ou cartilaginoso . Uma equipe do Departamento de Química da Universidade da Carolina do Norte, liderada por Foad Vashahi, desenvolveu um hidrogel com uma estrutura única que imita as propriedades físicas dos tecidos moles (mesmo os do cérebro) e resiste à deformação.

Por definição, um hidrogel injetável é uma solução aquosa composta de polímeros que gelificam uma vez no tecido alvo, por exemplo, o músculo. Medicamentos como anti-inflamatórios ou tratamentos quimioterápicos podem ser adicionados. Mas com o tempo, alguns componentes residuais podem vazar pelo corpo.

Dissonância entre os hidrogéis atuais e nossos tecidos

Em outras palavras, a água contida no gel percola pelos tecidos, levando os monômeros do gel (o polímero degradado em compostos mais simples, os monômeros) pelo corpo, sem que possamos controlar esse fenômeno. Essas moléculas são potencialmente prejudiciais ao corpo. A perda de água também leva ao encolhimento do implante, o que pode representar um problema na cirurgia reconstrutiva se as cavidades não forem mais preenchidas.

Finalmente, os géis atuais não parecem ser capazes de seguir a curva de deformação dos tecidos moles. Esta curva que liga a tensão exercida no tecido e a deformação que este sofre, forma um J, com uma deformação suave no início seguida de uma deformação mais brutal, até à rigidez (ver figura abaixo).

Os tecidos moles incluem vasos sanguíneos, músculos, pele, etc. Podemos visualizar facilmente as tensões que são exercidas sobre nossa pele, mas os vasos sanguíneos também devem resistir à pressão induzida pela passagem do sangue. É fácil entender que se um hidrogel é injetado, por exemplo, em um desses tecidos moles, e ele encolhe ou não consegue acompanhar a curva de deformação do tecido, seu potencial terapêutico é reduzido a nada.

Um novo design para polímeros de hidrogel

Os atuais polímeros de hidrogéis são lineares, ou seja, são formados por uma cadeia linear contínua. Aqui, a inovação está na estrutura desses polímeros em forma de pincel ou escova de garrafa, ligados a partes lineares laterais. Essa arquitetura permite aumentar a viscosidade natural do gel, pois os polímeros do pincel ficam menos emaranhados entre si e, portanto, o produto é mais fluido. Podemos usar a analogia do cabelo escovado, mais maleável que o cabelo emaranhado formando uma massa compacta. Consequentemente, o fornecimento de água para obter a textura certa do gel é consideravelmente reduzido, o gel já sendo fluido.

A distinção entre os blocos lineares das pontas e as escovas centrais torna o gel resistente à deformação em 700% e permite aumentar seu volume ao gelificar no tecido, sem perda de água. O problema da lixiviação, mencionado acima, está, portanto, resolvido.

A gelificação, ou seja, a automontagem dos diferentes polímeros em conjunto, ocorre a uma temperatura precisa que varia com o tamanho dos polímeros. Quanto maiores forem, menor será a temperatura de gelificação. As estruturas escova/linear, portanto, se automontam em temperaturas precisas, e os pesquisadores apontam que essas estruturas podem se reassociar rapidamente em caso de quebra! A estrutura torna-se permanente pela adição de moléculas que reagem aos UVS.

A utilização destas duas formas (pincel e linear) permite modular o comportamento final do hidrogel no corpo, tornando-o mais ou menos rígido dependendo do tecido alvo. Um hidrogel com uma estrutura final mais macia é necessário para um tecido como o cérebro ou o músculo e, inversamente, uma estrutura final mais rígida para os intestinos ou os pulmões.

Os autores concluem que “conforme confirmado por experimentos in vitro e in vivo , os hidrogéis injetáveis ​​podem ser usados ​​como preenchimentos corporais para cirurgia reconstrutiva ou como bio-tintas quando misturados com células para engenharia de tecidos. Esses materiais são facilmente adaptáveis ​​para a fabricação aditiva de objetos com formas específicas, como órgãos.”

É, portanto, uma pequena revolução no campo dos hidrogéis. Esse avanço ainda requer algum trabalho de pesquisa para confirmar os resultados dos experimentos e permitir o uso em larga escala do hidrogel que imita tecidos moles, por exemplo, para preencher lesões cerebrais após um acidente vascular.

Fonte: Science Advances