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May 29, 2024

Andaimes eletricamente condutivos que imitam a estrutura hierárquica das miofibras cardíacas

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 2863 (2023) Citar este artigo 1537 Acessos 1 Citações 2 Detalhes de métricas altmétricas Andaimes eletricamente condutivos, imitando o direcional único

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 2863 (2023) Citar este artigo

1537 Acessos

1 Citações

2 Altmétrico

Detalhes das métricas

Andaimes eletricamente condutores, imitando o alinhamento direcional único das fibras musculares no miocárdio, são fabricados usando a técnica de microestereolitografia por impressão 3D. Diacrilato de polietilenoglicol (polímero fotossensível), Irgacure 819 (fotoiniciador), curcumina (corante) e polianilina (polímero condutor) são misturados para formar a tinta condutora que é reticulada usando reação de fotopolimerização de radical livre. 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 morfologia bem definida com tamanho médio de poro de 300 ± 15 μm e propriedades semicondutoras com condutividade de ~ 10–6 S/m. 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 andaimes atingem a sua extensão máxima de inchaço 30 minutos após a imersão no PBS a 37 ° C e após 4 semanas demonstram uma lenta taxa de degradação hidrolítica típica da rede de polietilenoglicol. Andaimes condutores exibem condutividade ajustável e fornecem um ambiente ideal para as células progenitoras cardíacas de camundongos cultivadas.

Os tecidos biológicos são geralmente categorizados pelos tipos de células incorporados em sua textura, pela expressão de diferentes moléculas que contribuem para sua maquinaria e pelas famílias de fatores secretados em várias etapas de sua diferenciação. No entanto, também são atravessados ​​por fracas correntes eléctricas cruciais para a 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, através das células adjacentes, viajam para as regiões mais periféricas do corpo. Neste contexto, a função do tecido miocárdico é modulada pelas propriedades mecânicas únicas e pela estrutura anisotrópica do tecido cardíaco em que a ampla rede tridimensional da matriz extracelular (ECM) 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 correm no sentido da hélice para a direita na região subendocárdica, passam circunferencialmente através da parede média e voltam para o sentido da hélice para a esquerda na região subepicárdica, contribuindo significativamente para o bombeamento cardíaco2,3. Eventos traumáticos e doenças degenerativas, entre outras, muitas vezes levam a danos irreparáveis ​​a esta admirável bioarquitetura devido à fraca capacidade de regeneração inata cardíaca4. As áreas lesionadas são substituídas por tecido cicatricial rico em colágeno que deforma 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, na engenharia, na ciência dos materiais e nas técnicas avançadas de micro/nano fabricação sugeriram a possibilidade de reparar regiões ventriculares lesionadas através da fabricação e implantação de faixas de miocárdio saudável. Para tanto, uma abordagem multidisciplinar (engenharia de tecidos) tem sido empregada para corresponder à complexidade da bioarquitetura e função do tecido miocárdico. Em um experimento típico de engenharia de tecidos, as células-tronco são semeadas em uma estrutura polimérica biocompatível que emula vagamente a MEC do tecido. O andaime é geralmente composto de biomaterial natural ou sintético ou uma combinação de ambos (andaime) e usando esta abordagem vários tecidos artificiais semelhantes a corações foram projetados e implantados in vivo6,7,8,9,10,11. Contudo, apesar dos esforços extraordinários em todo o mundo, os resultados ainda não foram adequados para prever o uso clínico12,13. A causa dessa falha, entre outras, pode ser encontrada principalmente em andaimes que imitam inadequadamente a bioarquitetura tecidual14. Inicialmente, os andaimes destinavam-se apenas a ser um suporte mecânico para o crescimento e proliferação das células cultivadas. Mais tarde, foi revelado que a diferenciação celular pode ser melhorada através de propriedades físicas, químicas, mecânicas e biológicas específicas da estrutura enquanto se espera que as células secretem a sua própria MEC.