Proteínas que se auto-agrupam poderão reparar tecido humano

Da Universidade Johns Hopkins


Pesquisadores da Universidade Johns Hopkins criaram uma nova classe de proteínas artificiais que podem agrupar a si mesmas em um gel e encorajar o crescimento de tipos específicos de células. Este biomaterial, que pode ser trabalhado para enviar sinais biológicos diferentes para as células, poderá ajudar os cientistas que estão desenvolvendo novas formas para reparar partes do corpo doentes ou feridas.

"Nós estamos tentando dar uma nova e importante ferramenta para os engenheiros de tecidos, para ajudá-los a realizar mais rapidamente e eficientemente seu trabalho", disse James Harden, cuja equipe de laboratório desenvolveu o novo biomaterial. "Nós somos os primeiros a produzir um gel de proteína auto-agrupante que pode fornecer vários sinais biológicos diferentes para estimular o crescimento de células."

Harden, um professor assistente no Departamento de Engenharia Química e Biomolecular, relatou seu trabalho no dia 28 de março no 227º encontro nacional da Sociedade Química Americana, em Anaheim, Califórnia. Seu departamento faz parte da Escola Whiting de Engenharia na Johns Hopkins.

Os engenheiros de tecidos usam hidrogéis, que são redes macromoleculares imersas em um ambiente aquoso, para fornecer uma estrutura ou molde no qual cultivar células. Estes cientistas esperam aprimorar suas técnicas a ponto de poderem tratar problemas médicos desenvolvendo cartilagens, ossos, órgãos e quaisquer outros tecidos substitutos em laboratório ou dentro do corpo humano.

O novo hidrogel do laboratório de Harden é feito misturando proteínas modulares desenvolvidas especialmente em uma solução de água tamponada. Cada proteína consiste de uma espiral central flexível, contendo uma seqüência bioativa e flanqueada por módulos associantes helicoidais em cada ponta. Estes módulos das pontas vêm em três tipos distintos, que são projetados para atrair uns aos outros e formar agrupamentos de três membros. Este agrupamento leva à formação de uma estrutura de rede regular de proteínas com junções de três membros ligados por módulos espirais flexíveis. Desta forma, o novo biomaterial se agrupa sozinho espontaneamente quando as proteínas são adicionadas na solução.

O processo de agrupamento envolve três extremidades "aderentes" diferentes. Mas entre quaisquer duas extremidades, Harden pode inserir uma ou mais seqüências bioativas, a partir de uma grande coleção de seqüências conhecidas. Assim que o gel é formado, cada módulo centra bioativo é capaz de apresentar um sinal biológico específico para as células-alvo do engenheiro de tecidos. Certos sinais são necessários para encorajar a adesão, proliferação e diferenciação das células para formarem tipos específicos de tecido.

A meta de Harden é fornecer uma grande "biblioteca" de combinações destas proteínas geneticamente modificadas. Um engenheiro de tecidos poderá então fazer uso desta coleção para criar um hidrogel para um fim específico. "Nós queremos permitir que o usuário final misture e combine os módulos para produzir tipos diferentes de hidrogéis para projetos específicos de engenharia de tecidos e células", disse ele.

Harden acredita que esta técnica poderá acelerar o progresso no campo de engenharia de tecidos. Um dos motivos é que os engenheiros de tecidos não terão que realizar trabalhos químicos complexos para a preparação de um hidrogel para cada aplicação específica; seus hidrogéis se formam espontaneamente ao serem misturados com água. Além disso, diferente dos hidrogéis que são feitos a partir de polímeros sintéticos, os hidrogéis de Harden são feitos de aminoácidos, os blocos de construção naturais de todas as proteínas dentro do corpo. Finalmente, mais de um segmento sinalizador de proteína pode ser incluído na mistura de hidrogel de Harden, permitindo que o engenheiro de tecidos envie múltiplos sinais para as células-alvo, apoiando o crescimento simultâneo de vários tipos de células dentro de um tecido.

"Nossa filosofia é adotar a abordagem minimalista", disse Harden. "Nossos hidrogéis são projetados para enviar apenas os sinais de crescimento que são necessários para uma aplicação em particular."


Tradução: George El Khouri Andolfato

 

 

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