Cientistas inventam novos biomateriais reabsorvíveis para dispositivos médicos implantáveis

Aug 31, 2023

Diálogo de 10 de agosto de 2023

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por Zhuomin Zhang

E se tivéssemos pequenos dispositivos nos nossos corpos que pudessem monitorizar constantemente as artérias danificadas, acelerar a regeneração óssea e a cicatrização de feridas, ou facilitar a administração de medicamentos para o tratamento do cancro? Isto poderia abrir oportunidades notáveis ​​para o tratamento de doenças humanas e para o reforço das nossas capacidades para além dos limites da biologia.

Biomateriais piezoelétricos, que podem gerar sinais elétricos através do estresse mecânico produzido por movimentos corporais como alongamento muscular, respiração, fluxo sanguíneo e pequenos movimentos, podem ser usados ​​para criar esses dispositivos. Eles não precisarão de baterias e serão projetados para se dissolverem com segurança dentro do corpo assim que cumprirem sua finalidade.

O Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina de 2021 foi concedido aos cientistas David Julius e Ardem Patapoutian, que resolveram o mistério da sensação humana de toque e dor. Eles verificaram que as células percebem a pressão e provocam a sensação de toque através dos efeitos de acoplamento eletromecânico das proteínas Piezo 1 e Piezo 2. Estamos inspirados por esta grande descoberta e temos pensado em fazer alguns novos avanços científicos no campo dos biomateriais piezoelétricos e conduzindo-os para aplicações do mundo real.

Atualmente, a maioria dos materiais piezoelétricos são rígidos e quebradiços, e alguns deles até contêm materiais tóxicos, tornando-os inadequados para implantação no corpo humano. Os biomateriais piezoelétricos são alternativas promissoras, uma vez que apresentam naturalmente biocompatibilidade, confiabilidade e reabsorção.

No entanto, a rigidez piezoelétrica de biomateriais piezoelétricos naturais, como osso e madeira, é fraca devido à orientação desordenada. Isso os torna despreparados para aplicações do mundo real. Conseqüentemente, criar ordem em biomateriais piezoelétricos e melhorar seu efeito piezoelétrico é extremamente importante. No entanto, a manipulação de biomoléculas em escala com a orientação alinhada necessária para funcionar corretamente tem se mostrado um desafio.

Aqui, apresentamos uma estratégia generalizável que permite que biomoléculas se auto-montem em uma grande área com a mesma orientação através de nanoconfinamento sinérgico e campo elétrico in-situ. Os filmes biomoleculares apresentam uma estrutura densa e compacta com rigidez piezoelétrica uniformemente alta, superior à maioria dos filmes bioorgânicos relatados.

Além disso, devido ao efeito de nanoconfinamento, a termoestabilidade destes filmes nanocristalinos foi bastante melhorada em comparação com os seus cristais a granel (a temperatura de falha foi elevada de 67°C para 192°C).

Na verdade, em 2022, já havíamos publicado um estudo sobre tecidos biopiezoelétricos na Advanced Materials intitulado "van der Waals Exfoliation Processed Biopiezoelectric Submucosa Ultrathin Films". Neste trabalho, estudamos sistematicamente a biopiezoeletricidade da submucosa do intestino delgado (SIS) em camadas de Van der Waals.

Pela primeira vez, determinamos quantitativamente a piezoeletricidade inerente do SIS usando microscopia avançada de força de resposta piezo (PFM) e revelamos a origem de sua biopiezoeletricidade. Propusemos um processo de esfoliação de van der Waals (vdWE) usando interações fracas de van der Waals em tecidos biológicos moles em camadas para preparar filmes ultrafinos (100nm) com domínios piezoelétricos eficazes através de peeling mecânico simples.