Materiais capazes de transportar e libertar colagenase para o tratamento de lesões cutâneas: síntese e caracterização

Abstract

Os danos causados à pele podem trazer consequências nefastas e afetar a homeostasia do organismo. Nesse sentido, é fundamental desenvolver sistemas que auxiliem o processo de cicatrização e evitem a proliferação de microrganismos invasores. Uma nova era de dispositivos biocompatíveis de matriz têxtil, mais eficientes no tratamento das lesões cutâneas e com a capacidade de transporte e libertação controlada de substâncias bioativas, é capaz de proporcionar uma resposta terapêutica mais célere do que os tratamentos convencionais. Por sua vez, os hidrogéis e as nanofibras podem ser materiais biocompatíveis que permitem mimetizar a matriz extracelular de forma a proporcionar um microambiente favorável para a regeneração tecidual. No presente trabalho foram sintetizados hidrogéis e nanofibras com a capacidade de transportar e libertar colagenase para o tratamento de lesões cutâneas. Para isso, foram sintetizados hidrogéis à base de hidroxipropilmetilcelulose (HPMC) e ciclodextrinas (βCD ou HPβCD). Foram também produzidas nanofibras de policaprolactona (PCL) pela técnica de electrospinning. Os materiais desenvolvidos foram caracterizados através de técnicas de FTIR, DSC e TGA. A caracterização química demonstrou a presença dos principais grupos químicos nos diversos componentes dos materiais. A avaliação dos perfis térmicos através do DSC permite visualizar dois picos endotérmicos, relativos à desidratação e ao intervalo de fusão, para cada um dos materiais analisados e a análise de TGA demonstra uma única fase degradação térmica tanto nos hidrogéis como nas nanofibras. A sua capacidade de inchaço também foi avaliada em diferentes condições de pH, apresentando o hidrogel de HPMC-HPβCD a maior retenção de água em qualquer das condições estudadas. Por sua vez, o hidrogel de HPMC-βCD mostrou ser o menos sensível a variações de pH do meio. No caso das nanofibras de PCL, foi ainda feita uma análise microscópica usando um microscópio eletrónico de varrimento (SEM). As fibras produzidas apresentaram-se uniformes e homogéneas, com diâmetros compreendidos entre 110 e 137nm sem enzima e entre 195 a 200nm quando incorporada a colagenase na solução do polímero. Nos hidrogéis a colagenase foi incorporada por adsorção. Os dois hidrogéis apresentaram capacidade de adsorção enzimática semelhante. Os estudos de libertação controlada efetuados permitiram concluir que quer nos hidrogéis quer nas nanofibras, a colagenase ficou fortemente retida na estrutura polimérica.

Skin damage can have harmful consequences and affect the body's homeostasis. For this reason, it is essential to develop systems that help the healing process and prevent the proliferation of invasive microorganisms. A new era of biocompatible textile matrix devices, more efficient in the treatment of skin lesions and able for transport and controlled release of bioactive substances, can provide a faster therapeutic response than conventional treatments. On the other hand, hydrogels and nanofibers can be biocompatible materials that mimic the extracellular matrix in order to provide a favorable microenvironment for tissue regeneration. In the present work hydrogels and nanofibers were synthesized with the ability to transport and release collagenase for the treatment of skin lesions. Thus, hydrogels based on hydroxypropyl methylcellulose (HPMC) and cyclodextrins (βCD or HPβCD) were synthesized. Polycaprolactone (PCL) nanofibres were also produced by the electrospinning technique. The developed materials were characterized by FTIR, DSC and TGA techniques. The chemical characterization revealed the presence of the main chemical groups in the various components of the materials. The evaluation of the thermal profiles by DSC technique showed two endothermic peaks, related to dehydration and melting range, for both analyzed materials and the TGA technique demonstrated a single thermal degradation phase in both hydrogels and nanofibers. Its swelling capacity was assessed in different pH conditions, with the HPMC-HPβCD hydrogel showing the highest water retention in all of the studied conditions. On the other hand, the HPMC-βCD hydrogel was the least sensitive to pH variations. For the PCL nanofibers, a microscopic analysis was also performed using a scanning electron microscope (SEM). The produced fibers were uniform and homogeneous, with diameters between 110 and 137nm without enzyme and between 195 and 200nm when collagenase was incorporated into the polymer solution. The collagenase was incorporated by adsorption in the hydrogels. Both hydrogels presented similar enzymatic adsorption capacity. Controlled release studies showed that collagenase was strongly retained in the polymeric structures studied.