Notícias

May 05, 2023

Estruturas eletricamente condutoras que imitam a estrutura hierárquica das miofibras cardíacas

Relatórios Científicos volume 13,

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 2863 (2023) Citar este artigo

1272 Acessos

2 Altmétrica

Detalhes das métricas

Estruturas eletricamente condutoras, imitando o alinhamento direcional exclusivo das fibras musculares no miocárdio, são fabricadas usando a técnica de microestereolitografia de impressão 3D. Diacrilato de polietileno glicol (polímero fotossensível), Irgacure 819 (fotoiniciador), curcumina (corante) e polianilina (polímero condutor) são misturados para fazer a tinta condutora que é reticulada usando reação de fotopolimerização de radicais livres. A curcumina atua como um filtro líquido e evita que a luz penetre profundamente na solução fotossensível e desempenha um papel central no processo de impressão 3D. Os andaimes obtidos demonstram uma morfologia bem definida com um tamanho médio de poro de 300 ± 15 μm e propriedades semicondutoras com uma condutividade de ~ 10–6 S/m. As análises de voltametria cíclica detectam a eletroatividade e destacam como a transferência de elétrons também envolve uma difusão iônica entre o polímero e a solução eletrolítica. Os scaffolds atingem sua extensão máxima de inchamento 30 minutos após a imersão no PBS a 37 °C e após 4 semanas eles demonstram uma taxa de degradação hidrolítica lenta típica da rede de polietilenoglicol. Os andaimes condutivos exibem condutividade ajustável e fornecem um ambiente ideal para as células progenitoras cardíacas de camundongo cultivadas.

Os tecidos biológicos são geralmente categorizados pelos tipos de células embutidos em sua textura, a expressão de diferentes moléculas que contribuem para sua maquinaria e as famílias de fatores secretados em várias etapas de sua diferenciação. No entanto, também são percorridos por fracas correntes elétricas cruciais para sua comunicação e funcionamento intercelular1. No miocárdio e nos nervos, essas correntes basais são sobrepostas por ondas elétricas cíclicas autogeradas capazes de gerar sinais e forças mecânicas que, por meio de células adjacentes, viajam até as regiões mais periféricas do corpo. Nesse contexto, a função do tecido miocárdico é modulada pelas propriedades mecânicas únicas e pela estrutura anisotrópica do tecido cardíaco, na qual a ampla rede tridimensional da matriz extracelular (MEC) orienta os cardiomiócitos, acopla-os mecanicamente garantindo sua conectividade elétrica e fornece suporte elástico durante a contração ventricular. A orientação das fibras miocárdicas varia transmuralmente ao longo da parede ventricular. Essas fibras seguem no sentido da hélice direita na região subendocárdica, passam circunferencialmente pela parede média e voltam para a direção da hélice esquerda na região subepicárdica contribuindo significativamente para o bombeamento cardíaco2,3. Eventos traumáticos e doenças degenerativas, entre outras, muitas vezes levam a danos irreparáveis ​​nessa admirável bioarquitetura devido à fraca capacidade de regeneração inata cardíaca4. As áreas lesadas são substituídas por tecido cicatricial rico em colágeno que distorce a geometria ventricular e obstrui o fluxo regular de sinais elétricos levando a arritmias e insuficiência cardíaca a longo prazo5.

Nas últimas décadas, o progresso nas ciências biológicas, engenharia, ciência dos materiais e técnicas avançadas de fabricação de micro/nano sugeriram a possibilidade de reparar regiões ventriculares lesadas fabricando e implantando tiras de miocárdio saudável. Para este fim, uma abordagem multidisciplinar (engenharia de tecidos) tem sido empregada para combinar a complexidade da bioarquitetura e função do tecido miocárdico. Em um experimento típico de engenharia de tecidos, as células-tronco são semeadas em um andaime polimérico biocompatível emulando vagamente o ECM do tecido. O andaime é geralmente composto de biomaterial natural ou sintético ou uma combinação de ambos (scaffold) e, usando essa abordagem, vários tecidos artificiais semelhantes a corações foram projetados e implantados in vivo6,7,8,9,10,11. No entanto, apesar dos esforços extraordinários em todo o mundo, os resultados ainda não foram adequados para vislumbrar o uso clínico12,13. A causa dessa falha, entre outras, pode ser encontrada principalmente em scaffolds que mimetizam inadequadamente a bioarquitetura tecidual14. Inicialmente, os andaimes foram concebidos apenas como um suporte mecânico para as células cultivadas crescerem e proliferarem. Mais tarde, foi revelado que a diferenciação celular pode ser aprimorada por meio de propriedades físicas, químicas, mecânicas e biológicas específicas do andaime enquanto espera que as células secretem sua própria ECM.