Uma membrana bioabsorvível para cicatrização de feridas internas e externas

Os pesquisadores da Fraunhofer conseguiram usar a sílica gel bioabsorvível Renacer para produzir uma membrana eletrofiada que não é nem citotóxica para as células nem genotóxica. Este modelo imita as estruturas fibrosas encontradas no tecido conjuntivo e, portanto, é particularmente adequado para aplicações regenerativas, como para melhorar a cicatrização de feridas.

O tratamento de feridas grandes e internas é desafiador e pode ser um processo muito demorado. Pesquisadores do Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC e do Fraunhofer Institute for Toxicology and Experimental Medicine ITEM desenvolveram um biorreabsorvível membrana para este uso. Esta membrana suporta a cicatrização de feridas e biodegrada completamente no corpo para uma substância natural.

A base para a nova membrana é um velo de fibra desenvolvido no Fraunhofer ISC. Este velo já foi aprovado como Aparelho médico para apoiar a regeneração de feridas crônicas, como o pé diabético. Durante o processo de cicatrização, o material se dissolve completamente em seis a oito semanas. Usando o método de eletrofiação, os pesquisadores conseguiram agora reduzir o diâmetro da fibra de 50 micrômetros por um fator de mais de 50, resultando em fibras com diâmetros inferiores a um micrômetro (µm). Isso tornou possível girar um sol de sílica gel em uma membrana de sílica gel de malha aberta consistindo de fibras com um diâmetro de cerca de um µm. Em alguns casos, os diâmetros alcançados foram tão pequenos quanto 100 nanômetros.

“Esses sistemas de fibra imitam o Matriz extracelularas estruturas de fibra encontradas em tecido, no corpo e são muito bem tolerados pelas células humanas para a regeneração dos tecidos. Eles não causam reações de corpo estranho e nenhuma cicatriz interna. A inovadora membrana de sílica gel libera apenas um produto de degradação, o ácido ortossilícico. Isso tem um efeito regenerativo no tecido e promove o fechamento de feridas”, explica o Dr. Bastian Christ, cientista do Fraunhofer ISC em Würzburg. Junto com seus colegas, ele foi responsável pela síntese e processamento do material.

“Enquanto o velo de fibra original de fibras de 50 µm de espessura é inserido em uma ferida crônica do lado de fora, o velo de fibra mais fino também é adequado para uso interno. Teoricamente, ele pode ser colocado no material de preenchimento usado para defeitos ósseos na mandíbula para acelerar a cicatrização de feridas”, é como a Dra. Christina Ziemann, pesquisadora do Fraunhofer ITEM responsável pela avaliação biológica do material, descreve uma das inúmeras aplicações possíveis. “Em princípio, a membrana pode ser colada no corpo com adesivos biodegradáveis.”

Usando um microscópio confocal, um microscópio de luz especial, foi possível mostrar que a membrana de malha pequena, que serve como demonstrador, exibe uma função de barreira. Isso impede a passagem de células do tecido conjuntivo por um período de pelo menos sete dias sem interferir na proliferação celular. Além disso, a membrana é reabsorvível, não é cito ou genotóxica e, portanto, não causa danos diretos ao tecido ou ao DNA.

O diâmetro da fibra e o tamanho da malha influenciam o comportamento das células

Um diâmetro de fibra fina de 100 nanômetros com malhas finas foi escolhido para uso como barreira de adesão para evitar aderências e cicatrizes pós-operatórias. Com esta configuração, apenas os nutrientes poderiam passar pela fibra do velo, mas tecido conjuntivo as células não podiam. Com um diâmetro de fibra de um micrômetro e malhas correspondentemente mais largas, por outro lado, as células crescem na malha de fibra, proliferam lá e têm um efeito regenerador no tecido circundante.

“Ao ajustar as propriedades do material, como diâmetro da fibra e tamanho da malha, é possível influenciar o comportamento das células conforme desejado”, diz Christ. O equipamento necessário para fiar as fibras é projetado no Fraunhofer ISC para atender a aplicação e requisitos específicos do cliente. A forma e o tamanho dos velos de fibra também podem ser ajustados de acordo com as especificações do cliente.

As feridas só cicatrizam de forma rápida e eficaz se o tecido ferido for suficientemente suprido com nutrientes. Ao mesmo tempo, os produtos metabólicos devem ser removidos. Ao contrário de muitos produtos no mercado que permitem o transporte de nutrientes somente após o início da biodegradação, a membrana Renacer de malha aberta promove esse transporte diretamente após a implantação, não permitindo a passagem celular.

Membrana com caráter inorgânico

Há outra vantagem: a membrana Renacer se dissolve completamente em ácido ortossilícico não tóxico, com pH quase neutro, a única forma de sílica solúvel em água. Está fisiologicamente presente no corpo e demonstrou estimular a formação de tecido conjuntivo da pele e a formação óssea. Os produtos atualmente disponíveis não exibem tais propriedades bioativas.

Muitos materiais biodegradáveis ​​se dissolvem em ácidos orgânicos, como ácido lático ou ácido glicólico. Isso pode causar acidificação local no tecido, o que desencadeia reações inflamatórias do sistema imunológico. “Nossos testes mostraram que o produto de dissolução, o ácido ortossilícico, também não é tóxico e é totalmente biocompatível com as células”, diz Ziemann. “A membrana se decompõe em uma única molécula – ácido orto-silícico.”

Além disso, drogas podem ser encapsuladas na matriz das fibras de sílica gel, para serem liberadas durante a reabsorção do material. “Por exemplo, os antibióticos podem ser administrados em uma ferida após a aplicação de uma membrana Renacer carregada com drogas para evitar a formação de colônias bacterianas”, elabora Christ. No Fraunhofer ISC, o projeto GlioGel está testando se a plataforma de material Renacer pode ser usada como depósito de substâncias ativas no tratamento de tumores cerebrais.