RESUMO BIOMATERIAIS

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Gabriele de Paula Bernardino GRR20190169
RESUMO BIOMATERIAIS DERIVADOS DE TECIDOS - COLÁGENO
COLÁGENO
• Proteína mais abundante no corpo humano (ossos, pele, tendões, ligamentos) •
Funções biomecânicas
• Formado por três polipeptídeos (cadeias α – hélice tripla) de sequência (-Gly-X-Y-)n , onde
X é frequentemente prolina e Y é frequentemente hidroxiprolina
• 19 proteínas classificadas como colágeno
• Mais importante: tipo I (constituinte de ossos, pele, ligamentos e tendões) • Também
chamado de tropocolágeno. MM 283 kDa, 95% (-GlyX-Y-)n ; os 5% restantes não formam
hélice tripla – telopeptídeos nas extremidades da cadeia (9-26 resíduos, onde se formam
crosslinks intermoleculares)
• Formado por duas cadeias idênticas (α1 ) de 1056 aa, e uma cadeia (α2 ) de 1029 aa •
Mesmo número de grupos laterais ácidos (ácido aspártico e glutâmico) e básicos (lisina,
arginina): caráter neutro
• Grupos laterais apolares (Ala, Val, Leu, Ile, Pro, Phe): caráter hidrofóbico
TECIDOS RICOS EM COLÁGENO
- 75-90% de colágeno em base seca
- Ligamentos e tendões: arranjo paralelo das fibras – resistência à tensão
- Pele: arranjo aleatório – resiliência
- Cartilagem: fibras de colágeno em matriz de proteoglicano – forma e revestimento de
juntas
- São como compósitos: fibras de colágeno (cristalinas) em uma matriz de
polissacarídeos, glicoproteínas e elastina
- Transição vítrea a 40ºC, fusão das fibras de colágeno a 56ºC (desnaturação do tecido)
TECIDOS RICOS EM COLÁGENO
• Propriedades físico-químicas
o Propriedades eletrostáticas: grupos amino e carboxílicos em número similar,
carregados sob condições fisiológicas e formando ligações de sal – contribuem
para a estabilidade das fibras; pH 10 desestabiliza as interações e resulta em
intumescimento das fibras (que pode ser prevenido por crosslinking)
o Propriedades de ligação de íons e macromoléculas: sob condições fisiológicas o
colágeno tem aprox. 60 grupos carboxílicos livres, que podem ligar cátions;
macromoléculas podem se ligar ao colágeno por ligação covalente, iônica ou
aprisionamento
o Propriedades de formação de fibras: formação de agregados polimórficos a partir
de soluções Propriedades biológicas
o Propriedades hemostáticas: base para adesão das plaquetas
o Interação celular: matriz extracelular
o Propriedades imunológicas: colágeno (solúvel e insolúvel) é muito pouco
imunogênico, tornando possível o uso de implantes derivados de colágeno de
outras espécies
BIOTECNOLOGIA DO COLÁGENO
• Isolamento e purificação do colágeno: tecnologia molecular e tecnologia fibrilar •
Tecnologia molecular: uso de enzima proteolítica como a pepsina para clivar os
telopeptídeos responsáveis pelo crosslinking entre as fibras, resultando na solubilização do
colágeno; este pode então ser precipitado por sais neutros
• Tecnologia fibrilar: remoção de materiais não-colágeno dos tecidos de colágeno; remoção
de moléculas solúveis por extração em solução salina; remoção de lipídeos por extração
em solventes orgânicos; remoção de proteínas acídicas e glicosaminoglicanos por
extração ácida; remoção de proteínas básicas por extração alcalina; tratamento
enzimático para remoção de glicoproteínas, proteoglicanos e elastina
• Matriz membranosa: obtida pela secagem de uma solução ou dispersão em molde/superfície não
adesiva; requer crosslinking para estabilizar a estrutura; espessura de até 0,5 mm; em geral,
estrutura densa, amorfa e de baixa permeabilidade • Matriz porosa: obtida pela liofilização de uma
solução ou dispersão de colágeno; requer crosslinking para estabilizar a estrutura (agente de
crosslinking volátil como glutaraldeído e formaldeído); poros de 50-1500 μm, densidade 0,05-0,3
g/cm³
• Matriz gel: fase homogênea entre um líquido e um sólido; manter o pH da dispersão longe do
ponto isoelétrico; modificação química para mudar o perfil de cargas, antes da hidratação, para
formação de gel
• Matriz de solução: dissolução do colágeno em solução aquosa (ex. digestão com pepsina);
solubilidade depende do pH (longe do ponto isoelétrico), temperatura (mais solúvel a
frio), força iônica (mais solúvel em baixa força iônica), massa molecular; colágeno se
agrega em fibrilas à temperatura corporal
• Matriz filamentosa: formada por extrusão a partir de uma solução de colágeno 0,5- 1,5%
(m/v) que é extrusada em solução de salina concentrada ou em solução aquosa no pH
isoelétrico
• Matriz tubular: formação por extrusão ou revestimento das fibras
• Matriz de compósito: formação de compósitos homogêneos com íons, peptídeos, proteínas
ou polissacarídeos por ligações iônicas ou covalentes, aprisionamento, co precipitação; ou
compósitos heterogêneos com cerâmicas e polímeros sintéticos
IMPLANTES À BASE DE COLÁGENO
• Implantes absorvíveis de colágeno: pele, nervos periféricos, tecidos bucais, menisco • Células como
leucócitos polimorfonucleares, fibroblastos y macrófagos secretan collagenases que hidrolisam a
molécula, que é posteriormente degradada por proteases • Tamanho do poro deve permitir a passagem
de células para regeneração tecidual. Diâmetro ótimo: 100-400 μm
• Hidrofilicidade e permeabilidade de nutrientes são essenciais para regeneração tecidual.
Referência de permeabilidade: soroalbumina bovina 67 kDa
• Estabilidade in vivo:
- Depende do grau de crosslinking. Agentes de crosslinking para preparação do
implante: glutaraldeído, formaldeído, cloreto de adipoíla, hexametileno
diisocianato
- Temperatura de “encolhimento”: transição da hélice tripla para espiral aleatório.
Depende do número de crosslinks
- Digestão por colagenase bacteriana in vitro
• Engenharia de tecidos: matriz extracelular (colágeno tipo I) + células + sinais regulatórios
(fatores de crescimento)