Pesquisadores desenvolvem hidrogéis para tendões artificiais mais resistentes e flexíveis

Foto microscópica, com escala real de 1 cm de largura, do material do tendão artificial desenvolvido por cientistas de materiais da UCLA (Fonte: UCLA)

Pesquisadores da Escola de Engenharia Samueli, da Universidade da Califórnia, desenvolveram um novo processo em dois estágios para aumentar a resistência mecânica dos hidrogéis que podem ser usados ​​para criar tendões, ligamentos e cartilagens artificiais.

Os biomateriais sintéticos desenvolvidos imitam a estrutura, a elasticidade e a durabilidade dos tecidos biológicos naturais, e sua flexibilidade permite que sejam impressos em 3D em configurações anteriormente impossíveis.

“Este trabalho mostra um caminho muito promissor em direção a biomateriais artificiais que estejam no mesmo nível, senão mais resistentes, do que os tecidos biológicos naturais”, disse o coordenador do estudo Ximin He, professor assistente de Engenharia e Ciência dos Materiais da Escola de Engenharia Samueli da UCLA.

Fabricando hidrogéis mais resistentes

As estruturas internas dos hidrogéis consistem em redes poliméricas tridimensionais com água em seus interstícios, e são promissoras em aplicações biomédicas, especialmente em Engenharia de Tecidos. No entanto, os hidrogéis sintéticos até então disponíveis não são resistentes ou duráveis ​​o suficiente para substituir tecidos que executem movimentos repetitivos e sustentem cargas.

Para resolver isso, os pesquisadores da UCLA desenvolveram um processo de dois estágios que combina engenharia molecular e estrutural para criar hidrogéis com uma resistência dez vezes maior que a dos tecidos naturais. Eles escolheram um material, aprovado pela FDA, à base de álcool polivinílico para fazer o protótipo de hidrogel.

Primeiro, eles utilizaram um método chamado freeze-casting, que é um processo de solidificação que cria polímeros porosos e concentrados, comparáveis ​​a uma esponja. Então, adicionaram sais para cristalizar as cadeias de polímero em fibrilas fortes. A combinação desses dois processos forma uma série de estruturas de reticulação que abrangem níveis moleculares a milimétricos dentro dos hidrogéis, tornando-os mais resistentes e flexíveis.

Para testar a durabilidade dos novos hidrogéis, os pesquisadores realizaram 30.000 ciclos de ensaios de deformação, durante os quais não foram observados sinais de deterioração.

Diagrama do material do tendão artificial versus tendões reais em diferentes escalas

(Fonte: UCLA)

Maior flexibilidade para impressão 3D

Durante o estudo, a equipe da UCLA alcançou novas estruturas de hidrogel não apenas com maior resistência, mas também com maior flexibilidade. Eles acreditam que isso pode permitir a impressão 3D de hidrogéis em configurações que antes eram inatingíveis.

Os pesquisadores também demonstraram que essas estruturas impressas em 3D podem se transformar sob ação da temperatura, acidez ou umidade. Com isso, os hidrogéis poderiam atuar potencialmente como músculos artificiais capazes de exercer uma força substancial e exibir alta resiliência.

Com sua maior resistência, durabilidade e flexibilidade, os novos hidrogéis são promissores para aplicações biomédicas, como tendões artificiais, ligamentos e cartilagem, e também para aplicações em cirurgia robótica e bioeletrônica.

Mais detalhes do estudo podem ser encontrados no artigo intitulado “Strong tough hydrogels via the synergy of freeze-casting and salting out”, publicado na revista Nature por Hua et al. Em janeiro de 2021.

Principais referências utilizadas na matéria:

EVERETT, H. Researchers construct stronger, more flexible hydrogels for artificial tendons, 3D Printing Industry. Publicado em: 26 de fevereiro de 2021. Disponível em: https://3dprintingindustry.com/news/researchers-construct-stronger-more-flexible-hydrogels-for-artificial-tendons-185197/

HUA, M. et al. Strong tough hydrogels via the synergy of freeze-casting and salting out. Nature. Publicado em: 24 de fevereiro de 2021. Disponível em: https://www.nature.com/articles/s41586-021-03212-z

Como citar essa matéria:

POLEY, I. M. Pesquisadores desenvolvem hidrogéis para tendões artificiais mais resistentes e flexíveis. Publicado em: 05 de março de 2021. Disponível em: https://www.bioedtech.online/post/pesquisadores-desenvolvem-hidrogeis-para-tendoes-artificiais

Isabela Poley é engenheira química, mestre em Engenharia Mecânica e doutoranda em Bioengenharia pela UFMG. Possui experiência em desenvolvimento de hidrogéis para bioimpressão, além de experiências docente, como analista de engenharia e como analista de dados. Atualmente, Isabela é CEO da startup BioEdTech, na qual desempenha atividades administrativas, educacionais e de inovação em biofabricação 3D.

Contato: isabela.poley@bioedtech.com.br