Equipe de engenharia desenvolve hidrogéis miméticos de tendão multifuncionais

A reparação ou substituição de tendões lesionados ou tecidos de suporte de carga semelhantes representa um dos maiores desafios na medicina clínica. Os tendões naturais são tecidos ricos em água que exibem excelente resistência mecânica e durabilidade. Suas propriedades mecânicas se originam de estruturas sofisticadas em microescala envolvendo fibrilas de colágeno rígidas alinhadas em paralelo e entrelaçadas com biopolímeros macios retentores de água.

Nas últimas décadas, os pesquisadores têm tentado usar hidrogéis sintéticos, uma classe de materiais ricos em água que envolvem redes poliméricas, para replicar as estruturas e propriedades dos materiais naturais. tendões. Continua difícil, pois os hidrogéis sintéticos são geralmente fracos e quebradiços. Resolver essa incompatibilidade permitiria aplicações críticas em reparo de tecidos, robôs biomédicos, dispositivos implantáveis ​​e muitas outras tecnologias.

Uma equipe de pesquisa liderada pela Dra. Lizhi Xu, do Departamento de Engenharia Mecânica da Faculdade de Engenharia da Universidade de Hong Kong (HKU), desenvolveu um novo tipo de tendão mimético hidrogel com excelente propriedades mecânicas combinando com os de tendões naturais combinados com multifuncionalidades para aplicações biomédicas.

A pesquisa foi publicada em Avanços da ciência, em um artigo intitulado “Multifunctional tendon-mimetic hydrogels”. A pesquisa também foi destaque em Natureza como Destaque de Pesquisa.

Neste estudo, nanofibras de aramida derivadas de Kevlar, um material polimérico usados ​​em coletes à prova de balas e capacetes, foram misturados ao álcool polivinílico, outro polímero sintético, para a construção de hidrogéis miméticos tendinosos. Com o estresse de tração aplicado durante o processo de fabricação, as nanofibras de aramida se alinham umas com as outras de acordo com a direção do alongamento, levando a uma rede anisotrópica que imita as características estruturais dos tendões naturais.

As interações entre as nanofibras rígidas e os polímeros macios conferem ainda alta tenacidade mecânica aos compósitos. Este hidrogel consiste em 60% de água enquanto mostra um excelente módulo de Young de ~1 GPa e resistência de ~80 MPa, superando outros hidrogéis sintéticos em ordens de magnitude. A superfície dos hidrogéis pode ser ainda mais funcionalizada para direcionar os comportamentos das células ou integrar-se com sensores bioeletrônicos macios.

“Desenvolvemos uma plataforma de materiais biomiméticos para aplicações biomédicas avançadas. Os blocos de construção dos materiais capturaram muitas características estruturais de tendões naturais, levando a propriedades surpreendentes que são inacessíveis com outros hidrogéis sintéticos”, disse o Dr. Xu, acrescentando que “esses hidrogéis não são apenas mecanicamente forte, mas também funcionalizado com moléculas bioativas e sensores eletrônicos macios, fornecendo recursos críticos para reparação tecidual e dispositivos médicos implantáveis”.