Cientistas criam ‘jardins químicos’ que podem ser usados ​​como materiais substitutos dos ossos

jardins químicos
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Uma nova maneira de fabricar materiais de substituição óssea que permite que as células cresçam ao redor e dentro delas foi desenvolvida por pesquisadores da Universidade de Birmingham.

A equipe adotou uma nova abordagem chamada quimiocrionética, na qual os componentes químicos são controlados de maneira controlável para reagir em conjunto de maneiras específicas, permitindo a auto-montagem de intricadas estruturas bioinspiradas.

Os cientistas observaram pela primeira vez esses ‘jardins químicos’ realistas várias centenas de anos atrás, mas o recente interesse renovado no campo da quimiocrionética viu pesquisadores usando essas técnicas para projetar novos materiais em micro e nanoescala.

Os pesquisadores de Birmingham se propuseram a explorar se o quimiônico também poderia ser aproveitado para aplicações biotecnológicas.

O autor principal, Erik Hughes, da Escola de Engenharia Química da Universidade de Birmingham, explica: “Decidimos investigar se o quimiônico pode ser usado para formar arquiteturas que são química e estruturalmente semelhantes ao osso humano. Uma vez que um método de geração de tais estruturas seja estabelecido, o próximo passo natural a seguir é avaliar se os materiais quimio-biônicos podem fornecer estruturas ideais para a regeneração óssea “.

A equipe usou um gel carregado de cálcio em camadas sob uma solução de fosfato e conseguiu cultivar longos tubos ocos em micro-escala de material de hidroxiapatita, com composição semelhante ao osso natural. A hidroxiapatita é comumente usada como material substituto ósseo, mas geralmente é fabricada como pó ou bloco rígido, que precisa ser modelada com processamento adicional.

As estruturas individuais crescidas pela equipe de Birmingham são aproximadamente tão grossas quanto uma mecha de cabelo humano. Esses tubos possuem características distintas, incluindo superfícies porosas que promovem interações com as células. Publicado na RSC Biomaterials Science , o estudo demonstra a semelhança dos tubos com muitas das estruturas encontradas no tecido ósseo , como os osteônios – longos canais cilíndricos no osso que abrigam os vasos sanguíneos.

“Podemos encontrar muitos exemplos de princípios quimiônicos em ação na natureza”, explica Erik. “Por exemplo, no fundo do oceano , vemos fluidos ricos em minerais quentes emitidos por fontes hidrotermais que reagem com a água do mar fria para formar estruturas semelhantes a chaminés. Estamos explorando esses mesmos mecanismos para criar essas novas estruturas para aplicações em medicina regenerativa . “

A equipe testou a capacidade dos tubos de suportar a ligação celular, a viabilidade e o crescimento em laboratório usando células-tronco. Eles foram capazes de mostrar extensa disseminação das células e se estendendo dentro dos tubos após apenas 48 horas, indicando interações favoráveis ​​entre células e materiais.

“Usar quimiônicos é um método relativamente novo, mas estamos realmente empolgados com o seu potencial”, diz a co-primeira autora Miruna Chipara, que também trabalha na Escola de Engenharia Química da Universidade de Birmingham. “Em particular, a maneira como essas estruturas promovem a integração celular significa que elas podem ser amplamente úteis para a regeneração óssea”.

Os próximos passos para os pesquisadores incluem a realização de testes adicionais para demonstrar as propriedades dos materiais tubulares e como eles podem ser modificados para melhorar a regeneração dos tecidos. Os pesquisadores esperam que seu trabalho leve ao desenvolvimento de uma nova classe de materiais de substituição óssea quimiônicos .