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Uma seção de tecido 14 dias após o ferimento mostra folículos capilares se regenerando no centro da ferida. O crescimento dos folículos capilares é um dos maiores desafios na área de cicatrização de feridas. Imagem cortesia do Grupo de Biofísica de Doenças/Universidade de Harvard
Pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS) e do Instituto Wyss de Engenharia Biologicamente Inspirada desenvolveram novos curativos para feridas que aceleram drasticamente a cicatrização e melhoram a regeneração dos tecidos. Os dois tipos diferentes de curativos de nanofibras, descritos em artigos separados, usam proteínas que ocorrem naturalmente em plantas e animais para promover a cura e o crescimento dos tecidos.
“Nosso sistema de fabricação de fibras foi desenvolvido especificamente com o propósito de desenvolver terapias para os ferimentos de guerra”, disse Kit Parker, professor de bioengenharia e física aplicada da família Tarr no SEAS e autor sênior da pesquisa. “Como soldado no Afeganistão, testemunhei feridas horríveis e, por vezes, o processo de cura dessas feridas foi um horror por si só. Esta pesquisa é um esforço de anos de muitas pessoas da minha equipe para ajudar com esses problemas.”
Parker também é membro do corpo docente do Wyss Institute.
O artigo mais recente, publicado na Biomaterials, descreve um curativo inspirado em tecido fetal.
No final da década de 1970, quando os cientistas começaram a estudar o processo de cicatrização de feridas no início do desenvolvimento, descobriram algo inesperado: as feridas ocorridas antes do terceiro trimestre não deixavam cicatrizes. Isso abriu um leque de possibilidades para a medicina regenerativa. Mas durante décadas, os investigadores têm lutado para replicar essas propriedades únicas da pele fetal.
Ao contrário da pele adulta, a pele fetal possui altos níveis de uma proteína chamada fibronectina, que se agrupa na matriz extracelular e promove a ligação e adesão celular. A fibronectina possui duas estruturas: globular, encontrada no sangue, e fibrosa, encontrada nos tecidos. Embora a fibronectina fibrosa seja a mais promissora para a cicatrização de feridas, pesquisas anteriores focaram na estrutura globular, em parte porque a produção de fibronectina fibrosa era um grande desafio de engenharia.
Mas Parker e sua equipe são pioneiros no campo da engenharia de nanofibras.
Os pesquisadores produziram fibronectina fibrosa usando uma plataforma de fabricação de fibras chamada Rotary Jet-Spinning (RJS), desenvolvida pelo Parker's Disease Biophysics Group. O RJS funciona como uma máquina de algodão doce – uma solução de polímero líquido, neste caso fibronectina globular dissolvida em um solvente, é carregada em um reservatório e empurrada para fora através de uma pequena abertura pela força centrífuga enquanto o dispositivo gira. À medida que a solução sai do reservatório, o solvente evapora e os polímeros solidificam. A força centrífuga desdobra a proteína globular em fibras pequenas e finas. Essas fibras – com menos de um micrômetro de diâmetro – podem ser coletadas para formar um curativo ou curativo em grande escala.
“O curativo se integra à ferida e atua como uma estrutura instrutiva, recrutando diferentes células-tronco que são relevantes para a regeneração e auxiliando no processo de cicatrização antes de serem absorvidas pelo corpo”, disse Christophe Chantre, estudante de graduação do Grupo de Biofísica de Doenças e primeiro autor do artigo.
Em testes in vivo, os investigadores descobriram que as feridas tratadas com o penso de fibronectina apresentaram 84 por cento de restauração do tecido em 20 dias, em comparação com 55,6 por cento de restauração nas feridas tratadas com um penso padrão.
Os pesquisadores também demonstraram que as feridas tratadas com o curativo de fibronectina tinham espessura epidérmica e arquitetura dérmica quase normais, e até mesmo folículos capilares regenerados – muitas vezes considerado um dos maiores desafios no campo da cicatrização de feridas.
“Este é um importante passo em frente”, disse Chantre. “A maior parte do trabalho realizado até agora sobre a regeneração da pele envolve tratamentos complexos que combinam estruturas, células e até fatores de crescimento. Aqui pudemos demonstrar a reparação dos tecidos e a regeneração dos folículos capilares usando uma abordagem inteiramente material. Isto tem vantagens claras para a tradução clínica.”
Num outro artigo publicado na Advanced Healthcare Materials, o Grupo de Biofísica de Doenças demonstrou uma nanofibra à base de soja que também melhora e promove a cicatrização de feridas.
A proteína de soja contém moléculas semelhantes ao estrogênio – que demonstraram acelerar a cicatrização de feridas – e moléculas bioativas semelhantes às que constroem e sustentam as células humanas.
“Tanto a tecnologia da fibra de soja como a da fibra de fibronectina devem o seu sucesso a observações perspicazes na medicina reprodutiva”, disse Parker. “Durante o ciclo da mulher, quando os níveis de estrogênio aumentam, um corte cicatriza mais rápido. Se você fizer uma cirurgia em um bebê ainda no útero, ele cicatrizará sem cicatrizes. Ambas as novas tecnologias estão enraizadas no mais fascinante de todos os tópicos da biologia humana – como nos reproduzimos.”
De forma semelhante às fibras de fibronectina, a equipe de pesquisa usou RJS para transformar fibras ultrafinas de soja em curativos. Em experimentos, o curativo à base de soja e celulose demonstrou um aumento de 72% na cicatrização de feridas sem curativo e um aumento de 21% na cicatrização de feridas tratadas sem proteína de soja.
“Essas descobertas mostram a grande promessa das nanofibras à base de soja para a cicatrização de feridas”, disse Seungkuk Ahn, estudante de graduação do Grupo de Biofísica de Doenças e primeiro autor do artigo. “Essas estruturas econômicas e de uma etapa podem ser a próxima geração de curativos regenerativos e expandir os limites da tecnologia de nanofibras e do mercado de tratamento de feridas.”
Ambos os tipos de curativo, segundo os pesquisadores, apresentam vantagens no espaço de cicatrização de feridas. As nanofibras à base de soja – compostas por acetato de celulose e hidrolisado de proteína de soja – são baratas, o que as torna uma boa opção para uso em larga escala, como em queimaduras. Os curativos de fibronectina, por outro lado, poderiam ser usados para feridas menores na face e nas mãos, onde a prevenção de cicatrizes é importante.
O Escritório de Desenvolvimento Tecnológico de Harvard protegeu a propriedade intelectual relacionada a esses projetos e está explorando oportunidades de comercialização.
Referências:
- “Nanofibras de fibronectina em escala de produção promovem fechamento de feridas e reparo de tecidos em um modelo dérmico de camundongo” por Christophe O. Chantre, Patrick H. Campbell, Holly M. Golecki, Adrian T. Buganza, Andrew K. Capulli, Leila F. Deravi, Stephanie Dauth, Sean P. Sheehy, Jeffrey A. Paten, Karl Gledhill, Yanne S. Doucet, Hasan E. Abaci, Seungkuk Ahn, Benjamin D. Pope, Jeffrey W. Ruberti, Simon P. Hoerstrup, Angela M. Christiano e Kevin Kit Parker, 5 de março de 2018, Biomateriais.
DOI: 10.1016/j.biomateriais.2018.03.006 - “Andaimes de nanofibra de proteína/celulose de soja que imitam a matriz extracelular da pele para melhor cicatrização de feridas” por Seungkuk Ahn, Christophe O. Chantre, Alanna R. Gannon, Johan U. Lind, Patrick H. Campbell, Thomas Grevesse, Blakely B. O'Connor e Kevin Kit Parker, 23 de janeiro de 2018, Materiais avançados de saúde.
DOI: 10.1002/adhm.201701175