Pesquisa por substituição de isopor leva a bioespuma para cicatrização de feridas

A busca por um substituto para o isopor leva a biomateriais de maior impacto.

Toda descoberta científica tem uma coisa em comum: começou com uma pergunta. Mas, como atestará o cientista de materiais da Penn State, Jeffrey Catchmark, às vezes as respostas mais engenhosas vêm de perguntas que você nem sabia fazer.

A Catchmark está desenvolvendo novos biomateriais manipulando compostos encontrados na natureza. Sua pesquisa com biomateriais começou com uma única pergunta: existe uma alternativa ecologicamente correta ao isopor?

Aberto para mudar

Catchmark não começou sua carreira em ciência de materiais pensando que inventaria um substituto potencial para o isopor. Ele nem começou como cientista de materiais. Ele obteve doutorado em engenharia elétrica e passou quase 10 anos trabalhando com lasers e óptica para empresas de telecomunicações.

Em 2000, ele deixou a indústria, vindo para a Penn State para gerenciar o Laboratório de Nanofabricação. Logo depois, ele deu um passo ainda mais radical, mudando os campos da engenharia elétrica para a biológica.

“Uma das experiências mais gratificantes da minha pesquisa é ser capaz de traduzir descobertas científicas em algo que ajude o mundo.”

— Jeffrey Catchmark, professor de engenharia agrícola e biológica, Penn State

“À medida que envelheci, aprendi a ter mais propósito na forma como gasto meu tempo”, disse Catchmark. “Olhando para o trabalho que estava fazendo, senti que estava a um passo de ver qualquer impacto tangível que minha pesquisa pudesse ter no mundo. Sendo um amante da natureza, queria concentrar-me nas formas como a minha investigação poderia impactar a sustentabilidade, e não poderia fazer isso trabalhando com lasers.”

Ele enterrou o nariz nos livros didáticos e participou de conferências nas quais, como ele diz, “não tinha nada a ver como engenheiro elétrico”. Movido pela curiosidade e por muita pesquisa, ele prosperou na comunidade de engenharia biológica onde passou os últimos 17 anos.

Descobertas inesperadas

Agora professor de engenharia agrícola e biológica, Catchmark concentra grande parte de sua pesquisa na exploração de como os biomateriais de origem natural podem reduzir a dependência mundial dos plásticos.

“Estávamos em busca de um biomaterial que pudesse competir com o isopor do ponto de vista dos materiais – resiliente, durável e impermeável – e ao mesmo tempo ser de produção barata”, disse ele.

Catchmark observa o pós-doutorado Kai Chi pintar uma tigela compostável com um fluido que, quando seco, formará uma barreira que prolonga a vida útil da tigela, mantendo-a biodegradável. Imagem: Patrick Mansell

Ele começou examinando os polissacarídeos – longas cadeias de carboidratos encontradas em plantas e animais. Catchmark se concentrou nas celuloses, encontradas nas paredes celulares das plantas; amidos, encontrados em vários tecidos vegetais; e quitina, encontrada em exoesqueletos de mariscos e insetos.

Por si só, esses polímeros não apresentam nenhuma das propriedades que a Catchmark procurava. Mas ele e a sua equipa descobriram que a aplicação de cargas electrostáticas a pares de polissacáridos “fixa-os”, semelhante à forma como as roupas recém-secas se colam umas às outras devido à aderência estática.

Os biomateriais resultantes são duráveis, biodegradáveis ​​e, dependendo da forma como a carga é manipulada, podem ser produzidos em diversas formas físicas, desde materiais duros, semelhantes a plástico, até espumas e géis.

Catchmark descobriu que, apesar dessas propriedades, a bioespuma não permaneceria estável por tempo suficiente para servir como um substituto viável para o isopor, então procurou outras aplicações possíveis. Ao apresentar sua pesquisa em uma palestra sobre ciência de materiais, ele ficou encantado ao receber o interesse entusiástico do Dr. Scott Armen, professor de cirurgia e neurocirurgia na Penn State College of Medicine e coronel da Reserva do Exército dos EUA, que viu o potencial para usando esses materiais para tratamento de feridas e traumas.

As bandagens tradicionais de algodão tendem a grudar à medida que são removidas, às vezes reabrindo uma ferida. A bioespuma desenvolvida por Catchmark e Armen é flexível, durável e pode ser moldada para caber em feridas como aquelas causadas por tiros e estilhaços. À medida que a cura avança, transforma-se num gel que se decompõe lentamente em glicose, que o corpo absorve.

“Esta aplicação potencial não era esperada”, disse Catchmark. “Através deste processo de descoberta, aprendemos que apesar do que pensávamos que procurávamos, o que acabámos por encontrar é algo com um impacto muito mais amplo.”

Como esponjas macias, esses pedaços de bioespuma podem ser comprimidos e colocados em uma ferida, onde se expandirão para preencher o espaço. Isso sela a ferida, reduz o sangramento e promove a cura. Com o tempo, a bioespuma se decompõe em glicose, que é absorvida pelo organismo. Imagem: Patrick Mansell

Criando um futuro sustentável

Os biomateriais da Catchmark podem levar a produtos ecológicos, como recipientes compostáveis ​​para alimentos e substitutos para microesferas de plástico em produtos cosméticos, que muitas vezes acabam em oceanos, lagos e rios.

“Há potencial para remover dezenas de milhões de toneladas de plástico do nosso fluxo de resíduos”, disse ele.

Enquanto persegue esse objetivo, Catchmark começou a seguir sua curiosidade por outro caminho inesperado.

“Tornou-se evidente para mim que o trabalho em sustentabilidade é muitas vezes um trabalho em ética”, disse ele. “Trata-se de identificar seus valores e agir de acordo com eles.”

Ele se juntou à Penn State Programa de Bioética e Instituto de Ética do Rockonde ajuda os alunos a incorporar seus valores morais e éticos em seus empreendimentos científicos.

“Uma das experiências mais gratificantes da minha pesquisa é ser capaz de traduzir descobertas científicas em algo que ajude o mundo”, disse ele. “Eu não teria conseguido chegar a esse ponto sem perceber uma coisa: a ciência tem tudo a ver com curiosidade e, às vezes, é preciso segui-la e ver aonde ela leva.”