Hidrogéis biomiméticos adesivos à base de gelatina funcionalizada por compostos fenólicos

Abstract

A biomimética é uma ciência que apresenta grandes perspectivas como uma ferramenta de desenvolvimento de biomateriais. Essa linha de pesquisa tem como objetivo desenvolver novas tecnologias através da inspiração de elementos e fenômenos naturais. A química envolvida na adesão biológica do mexilhão marinho Mytilus edulis se destaca como inspiração para projetar adesivos biomiméticos. Neste sentido, este estudo tem como objetivo a investigação do potencial de hidrogéis biomiméticos, inspirados na matriz proteica adesiva do mexilhão, como adesivos teciduais para o tratamento de lesões cutâneas. Apesar da complexidade dos mecanismos que regem a adesão biológica deste molusco, estudos anteriores apontam o aminoácido L-3,4-di-hidroxifenilalanina (L-DOPA) como o principal responsável pela adesão e coesão do adesivo biológico do mexilhão. O alto teor de colágeno nas proteínas do mexilhão e a presença de enzimas oxidantes sugerem mecanismos de reticulação física e química, como ligações de hidrogênio e reação de adição de Michael com grupos amino. A partir destes conceitos, foram sintetizados quatro hidrogéis adesivos biomiméticos a partir dos compostos fenólicos ácido tânico e rutina, como estruturas análogas ao catecol de L-DOPA e a partir da gelatina bovina em substituição das cadeias de colágeno. O estudo de intumescimento, análises reológicas, térmicas (TGA e DSC), morfológicas e de espectroscopia no infravermelho, permitiram avaliar modificações da cadeia da gelatina com os polifenóis e relacionar a composição dos hidrogéis com o grau de reticulação, intumescimento e comportamento térmico. As propriedades bioadesivas dos hidrogéis foram avaliadas a partir do desenvolvimento de teste mecânico de tração com pele suína. A ação antifúngica, bem como o potencial de dispersão de fármaco, foi avaliada através de testes in vitro contra o fungo dermatófito Trichophyton rubrum. O estudo demonstrou que os hidrogéis, com destaque àqueles derivados de ácido tânico, possuem propriedades promissoras para serem aplicados no tratamento de lesões cutâneas. Sua composição de origem natural, atóxica, biodegradável e biocompatível reforça o potencial uso como biomaterial com atividade antimicrobiana.

Biomimetics science is a great promising tool for the development of biomaterials. This science field intends to develop new technologies through the inspiration of natural elements and phenomena. The chemistry involved in the biological adhesion of the marine mussel Mytilus edulis stands out as an inspiration for designing biomimetic adhesives. In that regard, this study aims to investigate the potential of biomimetic hydrogels, inspired by the adhesive protein matrix of the mussel, as tissue adhesives for the treatment of skin wounds. Despite of the complexity mechanisms around the biological adhesion of this mollusk, previous studies highlight that the amino acid L-3,4-dihydroxyphenylalanine (L-DOPA) is the main responsible for the adhesion and cohesion of the mussel's biological adhesive. The high collagen content in mussel proteins and the presence of oxidizing enzymes suggest physical and chemical cross-linking mechanisms, such as hydrogen bonding and Michael addition reaction with amino groups. Based on these concepts, four biomimetic adhesive hydrogels were synthesized using the phenolic compounds tannic acid and rutin, as analogue structures to L-DOPA catechol, and bovine gelatin replacing collagen chains. Swelling studies, rheological, thermal (TGA and DSC), morphological, and infrared spectroscopy analyses allowed the evaluation of the gelatin chain modification’s with polyphenols and the correlation of hydrogel composition with the degree of cross-linking, swelling and thermal behaviour. The bioadhesive properties of the hydrogels were assessed through the development of a mechanical traction test with porcine skin. Antifungal action, as well as drug dispersion potential, were evaluated using in vitro tests against the dermatophyte fungus Trichophyton rubrum. The study demonstrated that hydrogels, especially those derived from tannic acid, have promising properties for application in the treatment of skin wounds. Their natural, non-toxic, biodegradable, and biocompatible composition reinforces their potential use as biomaterials with antimicrobial activity.