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Lesões da medula espinhal são uma condição grave e debilitante que ocorre quando há danos à medula espinhal, que podem resultar de uma lesão traumática, como acidente de carro, queda ou lesão esportiva, ou de uma causa não traumática, como infecção, inflamação ou tumor. A gravidade de uma lesão medular depende da localização e extensão do dano. As lesões podem variar desde um pequeno hematoma ou contusão até uma transecção completa da medula espinhal, que pode resultar em paralisia permanente dos membros afetados.
Um biomaterial híbrido sintetizado com sucesso poderia ser utilizado para tratar lesões na coluna vertebral.
Um material único desenvolvido na Universidade de Limerick, na Irlanda, demonstrou um potencial considerável no tratamento de lesões na medula espinhal.
Nova pesquisa emocionante realizada no Instituto Bernal da Universidade de Limerick (UL) e publicada na revista Pesquisa de Biomateriaisfez avanços significativos na área de reparo do tecido da medula espinhal.
Novos biomateriais híbridos desenvolvidos na UL na forma de nanopartículas e com base na prática existente no campo da engenharia de tecidos foram sintetizados com sucesso para promover a reparação e regeneração após lesão da medula espinhal, de acordo com os pesquisadores.
A equipe da UL liderada pelo Professor Maurice N Collins, Professor Associado da Escola de Engenharia da UL, e pela autora principal Aleksandra Serafin, Ph.D. candidato na UL, usou um novo tipo de material de andaime e um novo composto de polímero eletricamente condutor exclusivo para promover o crescimento e a geração de novos tecidos que poderiam avançar no tratamento de lesões na medula espinhal.
“A lesão da medula espinhal continua sendo uma das lesões traumáticas mais debilitantes que uma pessoa pode sofrer durante a vida, afetando todos os aspectos da vida da pessoa”, explicou o professor Collins.
“A doença debilitante resulta em paralisia abaixo do nível da lesão e, só nos EUA, os custos anuais de saúde para o tratamento de pacientes com LME são de 9,7 mil milhões de dólares. Como atualmente não existe um tratamento amplamente disponível, a investigação contínua neste campo é crucial para encontrar um tratamento que melhore a qualidade de vida do paciente, com o campo de investigação a voltar-se para a engenharia de tecidos para novas estratégias de tratamento.
“O campo da engenharia de tecidos visa resolver o problema global de escassez de órgãos e tecidos doados, no qual surgiu uma nova tendência na forma de biomateriais condutores. As células do corpo são afetadas pela estimulação elétrica, especialmente células de natureza condutora, como células cardíacas ou nervosas”, explicou o professor Collins.
A equipe de pesquisa descreve um interesse crescente no uso de estruturas eletrocondutoras de engenharia de tecidos que surgiram devido à melhoria do crescimento e proliferação celular quando as células são expostas a uma estrutura condutora.
“O aumento da condutividade dos biomateriais para desenvolver tais estratégias de tratamento normalmente se concentra na adição de componentes condutores, como nanotubos de carbono ou polímeros condutores, como o PEDOT:PSS, que é um polímero condutor disponível comercialmente que tem sido usado até o momento no campo da engenharia de tecidos. ”, explicou a autora principal Aleksandra Serafin, Ph.D. candidato no Bernal e na Faculdade de Ciências e Engenharia da UL.
“Infelizmente, persistem limitações severas ao usar o polímero PEDOT:PSS em aplicações biomédicas. O polímero depende do componente PSS para permitir que seja solúvel em água, mas quando esse material é implantado no corpo apresenta baixa biocompatibilidade.
“Isso significa que ao ser exposto a esse polímero, o organismo apresenta potenciais respostas tóxicas ou imunológicas, que não são ideais em um tecido já danificado que estamos tentando regenerar. Isso limita severamente quais componentes de hidrogel podem ser incorporados com sucesso para criar estruturas condutoras”, acrescentou ela.
Novas nanopartículas PEDOT (NPs) foram desenvolvidas no estudo para superar essa limitação. A síntese de NPs PEDOT condutivas permite a modificação personalizada da superfície das NPs para alcançar a resposta celular desejada e aumentar a variabilidade de quais componentes do hidrogel podem ser incorporados, sem a presença necessária de PSS para solubilidade em água.
Neste trabalho foram utilizados biomateriais híbridos compostos por gelatina e ácido hialurônico imunomodulador. ácidoum material que o professor Collins desenvolveu ao longo de muitos anos na UL, foram combinados com os novos NPs PEDOT desenvolvidos para criar estruturas eletrocondutoras biocompatíveis para o reparo direcionado de lesões na medula espinhal.
Foi realizado um estudo completo das relações de estrutura, propriedade e função dessas estruturas projetadas com precisão para desempenho otimizado no local da lesão, incluindo pesquisa in vivo com modelos de lesão medular de ratos, que foi realizada pela Sra. Intercâmbio de pesquisa da Fulbright para o Departamento de Neurociências da Universidade da Califórnia em San Diego, que foi parceiro do projeto.
“A introdução dos NPs PEDOT no biomaterial aumentou a condutividade das amostras. Além disso, as propriedades mecânicas dos materiais implantados devem imitar o tecido de interesse nas estratégias de engenharia de tecidos, com os andaimes PEDOT NP desenvolvidos correspondendo aos valores mecânicos da medula espinhal nativa”, explicaram os pesquisadores.
As respostas biológicas aos andaimes PEDOT NP desenvolvidos foram estudadas com células-tronco in vitro e em modelos animais de lesão medular in vivo. Foi observada excelente fixação e crescimento de células-tronco nas estruturas, relataram eles.
Os testes mostraram maior migração de células axonais em direção ao local da lesão medular, no qual a estrutura PEDOT NP foi implantada, bem como níveis mais baixos de cicatrizes e inflamação do que no modelo de lesão que não tinha estrutura, de acordo com o estudo.
No geral, estes resultados mostram o potencial destes materiais para a reparação da medula espinal, afirma a equipa de investigação.
“O impacto que a lesão medular tem na vida de um paciente não é apenas físico, mas também psicológico, uma vez que pode afetar gravemente a saúde mental do paciente, resultando no aumento da incidência de depressão, estresse ou ansiedade”, explicou a Sra.
“O tratamento de lesões na coluna, portanto, não só permitirá que o paciente ande ou se mova novamente, mas também que viva suas vidas em todo o seu potencial, o que torna projetos como este tão vitais para a pesquisa e as comunidades médicas. Além disso, o impacto social global do fornecimento de um tratamento eficaz para lesões da medula espinal levará a uma redução nos custos de saúde associados ao tratamento de pacientes.
“Esses resultados oferecem perspectivas encorajadoras para os pacientes e estão planejadas mais pesquisas nesta área.
“Estudos demonstraram que o limiar de excitabilidade dos neurônios motores na extremidade distal de uma lesão medular tende a ser maior. Um projeto futuro irá melhorar ainda mais o design do andaime e criar gradientes de condutividade no andaime, com a condutividade aumentando em direção à extremidade distal da lesão para estimular ainda mais a regeneração dos neurônios”, acrescentou ela.
Referência: “Andaimes integrados de nanopartículas PEDOT eletrocondutoras para reparo de tecido da medula espinhal” por Aleksandra Serafin, Mario Culebras Rubio, Marta Carsi, Pilar Ortiz-Serna, Maria J. Sanchis, Atul K. Garg, J. Miguel Oliveira, Jacob Koffler e Maurice N ^ Collins, 22 de novembro de 2022, Pesquisa de Biomateriais.
DOI: 10.1186/s40824-022-00310-5
Este projeto foi financiado pelo Irish Research Council em parceria com a Johnson & Johnson, bem como pela Irish Fulbright Association, o que permitiu um intercâmbio de pesquisa com a Universidade da Califórnia em San Diego. A Faculdade de Ciências e Engenharia e o Instituto de Investigação em Saúde da UL também prestaram apoio.