Novos biomateriais baseados em celulose bacteriana para aplicações biomédicas

Abstract

A celulose bacteriana (BC) é um material de origem renovável de grande interesse devido às suas propriedades únicas, tais como a dimensão nanométrica das suas fibras, a biodegradabilidade, a biocompatibilidade, a elevada pureza, a elevada capacidade de absorção de água, a moldabilidade e a resistência mecânica. Estas propriedades permitem a aplicação da BC na área alimentar, em nanocompósitos e principalmente na área biomédica, tendo sido amplamente estudada no tratamento de queimaduras e na libertação controlada de fármacos, entre outros. As fibrilas de amilóide (AF), resultantes da agregação de diferentes peptídeos ou proteínas têm emergido como um biomaterial com aplicações na nanotecnologia e na bioengenharia devido às suas propriedades mecânicas e biocompatibilidade. Algumas das suas aplicações incluem a produção de nanofios condutores, libertação controlada de fármacos e produção de bionanocompósitos. O presente trabalho tem como objectivo a produção de nanocompósitos de BC e AF com potencial aplicação na área biomédica. Este estudo iniciou-se com a produção das AF a partir da insulina de bovino. A formação destas fibrilas foi confirmada a partir do ensaio da Tioflavina T, que confirma a existência de folhas beta, e por análise por microscopia eletrónica de varrimento em modo transmissão (STEM), que permite a visualização das mesmas. Após a confirmação da formação das AF estudou-se o processo de fibrilação na presença de diferentes quantidades de BC desintegrada (BCd), verificando-se que a presença da BCd não influencia nem a taxa de fibrilação (cerca de 97% com base em ensaios de espetrofotometria de ultravioleta-visível) nem a morfologia das mesmas. As imagens de STEM e da microscopia de epi-fluorescência permitiram também observar uma boa dispersão e compatibilidade das AF e das nanofibras da BCd. Por fim foram produzidos, por filtração, filmes de BCd com as AF em diferentes proporções (m/m). Nas imagens de microscopia de epi-fluorescência destes filmes obtidos não foi possível observar a presença das AF devido à sua possível degradação durante o processo mecânico usado na dispersão das misturas. Por este motivo foram produzidos filmes por mistura onde foram observadas diferenças morfológicas por microscopia eletrónica de varrimento (SEM). No entanto, na análise por análise mecânico-dinâmica (DMA) verificou-se que não houve diferenças nas propriedades termo-mecânicas do material. Os resultados obtidos mostram que a presença de BCd não influencia o processo de fibrilação da insulina, sendo interessante para a produção de novos biomateriais devido à associação das AF às nanofibras da BCd. Os filmes de BCd-AF produzidos necessitam de uma caracterização mais detalhada para avaliar o seu potencial na área biomédica.

Bacterial Cellulose (BC) is a renewable material with great interest due to its properties, such as, its nanometric dimensions fibers, biodegradability, biocompatibility, high purity, high water absorption capacity, mechanical strength and malleability. These properties allow BC to have applications in the food industry, in nanocomposites and mainly in the biomedical area were BC has been highly studied for burn treatment and for drug delivery systems, among other applications. Amyloid fibrils (AF), resulting from peptide or protein aggregation, has been emerging as a biomaterial with applications in nanotechnology and bioengineering. The usefulness of these applications are due to its mechanical properties and biocompatibility. Some of the applications include the production of conducting nanowires, controlled drug delivery systems and the production of bionanocomposites. The present work aims to the production of nanocomposites based on BC and AF and its potential application in the biomedical area. This study began with the production of amyloid fibrils starting from bovine insulin. The AF formation was identified through Thioflavin T assay, showing the presence of beta-sheet structures through fluorescence measurements, and through scanning transmission electron microscopy (STEM), which allowed us to observe these fibrils. After its identification, the fibrillation process was studied with different amounts of unintegrated BC (BCd). In this study it was verified that the presence of BCd does not change the fibrillation ratio (approximately 97% based on ultraviolet-visible assay) and the fibrils morphology. The images obtained from STEM and from epi-fluorescence microscopy allowed the observation of the dispersion along with the compatibility of the AF and the nanofibers from BCd. Lastly, films with AF and BCd were produced, through filtration, with different mass proportions. These films were analysed by epi-fluorescence microscope and it was not possible to observe the presence of amyloid fibrils due to its possible degradation during dispersion before the filtration process. Considering this, the films were produced by blending and it was possible to observe morphological differences by scanning electron microscope (SEM). However, in the Dynamic Mechanical Analysis (DMA) analysis it was observed that there was no difference in the thermo-mechanical properties of the material. The obtained results show that the process of insulin fibrillation is not affected by the presence of BCd, however the addition of AF can be interesting for the production of new biomaterials due to the conjugation of AF and BCd nanofibers. Furthermore these BCd-AF films need a more detailed characterization to evaluate its potential application in the biomedical area.