Os hidrogéis de colágeno atuam como uma estrutura tridimensional biologicamente compatível, semelhante à do tecido nativo, o que facilita o desenvolvimento de tecido projetado. O colágeno, o principal componente desses géis, é uma proteína de matriz extracelular encontrada no tecido conjuntivo. E é usado para fabricar hidrogéis que.são redes de polímeros 3D compostas principalmente de água. Este vídeo introduzirá o papel fisiológico do colágeno, um procedimento para o isolamento e processamento do colágeno da pele suína, a fabricação de hidrogéis a partir da proteína purificada e, finalmente, algumas aplicações para o uso desses hidrogéis de colágeno.
Dentro da matriz extracelular de tecidos conjuntivos existem células específicas responsáveis pela maior parte da fabricação de colágeno chamada fibroblastos. Essas células sintetizam cadeias longas, rígidas e polipeptídeos. Que são montados em polímeros triplos ordenados individuais chamados moléculas de colágeno. Moléculas de colágeno são então agrupadas em fibrilas mais grossas e maiores, que, em seguida, são ainda mais agrupadas em fibras maiores para fornecer integridade estrutural à matriz extracelular para as várias cargas mecânicas que pode experimentar. Diferentes configurações de colágeno são produzidas de acordo com as necessidades mecânicas de tecidos específicos. O tecido ósseo, por exemplo, utiliza uma rede altamente compacta e intensa de fibras para suportar cargas mecânicas. No entanto, outros tecidos, como a parede intestinal, usam uma estrutura mais dispersa. Uma vez extraído do tecido conjuntivo, o polímero de colágeno pode ser usado para criar vários materiais. Como o colágeno é um polímero hidrofílico é altamente absorvente. Assim, ele pode formar um hidrogel, que é uma rede de polímeros que comporta até 90% de água. Essas redes de polímeros são formadas por cadeias de polímeros individuais que cruzam usando vários métodos, como,crosslinkers químicos, calor ou luz UV. O grau de crosslinking afeta as propriedades mecânicas do hidrogel. Assim, permitindo que esses materiais sejam utilizados em uma ampla gama de aplicações. Agora que os princípios dos hidrogéis de colágeno foram explicados, vamos dar uma olhada em como o colágeno é extraído da pele suína e usado para criar um hidrogel.
Para começar o processamento do colágeno a partir de uma amostra dérmica, primeiro enxágüe-o em água gelada destilada e, em seguida, use creme depilatório para lã, pele ou depilação. Usando uma única lâmina de barbear com bordas, raspe a amostra limpa de tecido conjuntivo e gordura, e enxágue mais uma vez em água gelada. Em seguida, corte a amostra de pele em pedaços quadrados. Para remover o material solubilizado não colágeno, primeiro pesar 5 gramas de quadrados dérmicos por tubo cônico de 50 mililitros e, em seguida, adicionar 30 mililitros de gelo frio 0,5 acetato de sódio molar a cada amostra. Em seguida, misture os tubos em um homogeneizador de bancada. Após um minuto descarte o supernasal e misture novamente as amostras em mais acetato de sódio gelado para um total de sete ciclos de lavagem. Após a última lavagem, enxágue a amostra em água gelada e misture-a mais uma vez para remover o acetato de sódio residual. Em seguida, comprimprete a amostra contra o tubo para remover o excesso de líquido e transferir cada amostra dérmica processada de 5 gramas para tubos cônicos frescos de 50 mililitros. Para extrair o colágeno lave a amostra duas vezes em 2 mililitros de 0,075 amortecedor de citrato de sódio molar por grama de amostra. Descarte os sobrenantes e comprima as amostras após cada lavagem ter demonstrado anteriormente. Após a segunda lavagem, adicione uma alíquota fresca de tampão de citrato de sódio e, em seguida, realize seis ciclos de agitação sequenciais sem remover o buffer entre cada ciclo. Agora, transfira os supernantes para tubos de coleta individuais e adicione um mililitro adicional de 0,075 amortecedor de citrato de sódio molar por grama de amostra antes de realizar um ciclo final de agitação. Em seguida, centrifugar o supernatante novamente em um dispositivo de filtro centrífuga para purificar o colágeno extraído. Finalmente, armazene a colagem purificada a 4 graus Celsius.
Agora que o colágeno foi purificado, um hidrogel de colágeno pode ser fabricado e povoado com células para formar uma construção de tecido projetado. Para começar, misture completamente o colágeno dérmico purificado em um tubo cônico. Em seguida, adicione as células imediatamente à solução de colágeno e coloque-a no gelo. Pipeta a mistura gelada em uma superfície estéril, não cultivada por tecidos, para minimizar o apego e o crescimento das células fora do gel de colágeno. Use uma ponta de pipeta para espalhar uniformemente a solução. Deixe o gel polimerizar à temperatura ambiente por aproximadamente 10 a 15 minutos. Em seguida, cubra os géis e mova-os para uma incubadora Celsius de 37 graus por mais 60 minutos para terminar a polimerização. Após a polimerização, o gel ficará opaco. Uma vez polimerizado, adicione dois a três mililitros de mídia. Em seguida, o hidrogel povoado está pronto para ser usado em estudos de cultura tecidual.
Agora que você aprendeu a construir hidrogéis de colágeno, vamos olhar para algumas aplicações práticas desses materiais. Hidrogéis de colágeno são frequentemente usados para imitar tecido nativo, como mostrado aqui. No entanto, mudanças na organização da fibra de colágeno podem ocorrer no tecido natural. Resultando em estruturas alinhadas. Como resultado, as matrizes de colágeno projetadas podem ser construídas em configurações aleatórias ou alinhadas. Hidrogéis de colágeno são frequentemente usados como andaimes de tecido para o desenvolvimento de tecidos artificiais. Ao fornecer uma estrutura tridimensional personalizada para as células habitarem, a matriz de colágeno é posteriormente reorganizada para imitar a estrutura e a função do tecido real. Por exemplo, andaimes podem ser sentados com osteoblastos, as células responsáveis pela formação óssea, para reorganizar a matriz para se assemelhar mais à estrutura e função do tecido ósseo nativo.
Você acabou de assistir a introdução de Jove aos hidrogéis de colágeno. Agora você deve entender a estrutura do colágeno, como ela é isolada, e a fabricação de hidrogéis de colágeno, além de suas várias aplicações no campo da bioengenharia. Obrigado por assistir!
