Materiale pe bază de mucină pentru regenerare tisulară
E. Olăreț, B. Bălănucă, A. M. Onaș, J. Ghițman, H. Iovu, I.C. Stancu, A. Serafim
Mucina este proteina predominantă din mucus, compusul care acoperă țesuturile epiteliale umede, cum sunt: tractul gastro-intestinal, respirator sau reproducător. Rolul mucusului este de a proteja împotriva bacteriilor sau a virusurilor și de a lubrifia, iar în cazul stomacului împiedică perforarea acestuia prin formarea unui strat protector, rezistent la mediul puternic acid.
Având o structură complexă, mucina este intens studiată pentru aplicații în domeniul biomedical, în vederea obținerii de sisteme cu eliberare controlată de substanțe active (ex.: medicamente), a senzorilor de detecție a unor afecțiuni specifice, ca acoperiri, pentru a împiedica formarea de biofilm sau pentru modificarea proprietăților tribologice ale unor suprafețe. În stare nativă, mucina nu poate fi utilizată pentru obținerea unor materiale manevrabile, stabile dimensional, fiind prea fragilă. În consecință, pentru astfel de aplicații mucina poate fi modificată prin reacția directă cu anhidrida metacrilică. Acest tip de modificare a fost inițial dezvoltată la începutul anilor 2000 pentru gelatină, dar este utilizată și pentru alte macromolecule naturale precum chitosanul sau acidul hialuronic. Ca urmare a acestei modificări, proteina obținută (în acest caz mucina metacrilată – MuMA) poate fi polimerizată în prezența unui fotoinițiator prin expunere la lumina ultravioletă (cu o lungime de undă de 312 nm). În urma modificării se obține o macromoleculă natural-sintetică, ce păstrează o parte din grupările funcționale ale proteinei native, dar are în plus duble legături care permit polimerizarea într-o manieră specifică polimerilor sintetici.
S-a elaborat un procedeu în două etape de obținere a unor sisteme dublu reticulate. În prima etapă s-a obținut rețeaua prin fotopolimerizare radicalică a grupărilor metacrilat din MuMA, conducând la sisteme cu o singură rețea. Ulterior această rețea a fost ranforsată prin tratamentul cu acid tanic (AT), generând legături de hidrogen suplimentare cu proteina.
Optimizarea procesului de modificare a mucinei s-a realizat prin stabilirea mediului de dispersie și a temperaturii de lucru. Întrucât rețeaua complexă a mucinei se orientează în mod diferit în funcție de acești factori, analizele de dicroism circular au permis optimizarea protocolului de lucru optim. Ca urmare, mucina a fost dispersată într-o soluție tampon cu pH 8, iar reacția cu anhidrida metacrilică a avut loc la temperatura de 4 °C. Purificarea produsului s-a realizat prin dializă în apă distilată. Ulterior, eficiența reacției a fost investigată prin spectroscopie de infraroșu cu transformată Fourier, dicroism circular și prin măsurarea punctului izoelectric. MuMA păstrează sensibilitatea la pH a proteinei native.
Studiul a continuat cu elaborarea unor hidrogeluri pe bază de MuMA, utilizând soluții tampon cu pH diferit: 4, 7,4 și 10. Rețelele simple (RS) obținute prin fotopolimerizarea MuMA au fost incubate în soluția apoasă de AT generând o rețea secundară (hidrogeluri dublu-reticulate – HDR). Cea de-a doua etapă preparativă modifică substanțial proprietățile RS: culoarea se schimbă de la alb-opac la brun, iar hidrogelurile au devenit compacte și mult mai robuste. Ambele tipuri de rețele au fost testate din punct de vedere al interacțiunii cu medii apoase. RS se hidratează mai repede și mai puternic decât HDR. Testele reologice, de compresie uniaxială și nanoindentare au demonstrat eficiența reticulării duble asupra îmbunătățirii proprietăților mecanice. Noile HDR pe bază de MuMA prezintă proprietăți ce permit investigarea unor noi aplicații ale acestora în medicina regenerativă.
Lucrarea științifică ce descrie detaliat aceste rezultate experimentale este publicată în jurnalul Polymers (doi: 10.3390/polym13111706). Studiul face parte dintr-un proiect mai amplu – „Hidrogeluri nanostructurate cu capacitate de auto-regenerare pentru ingineria țesutului cartilaginos articular – NanoSHAC”, desfășurat în Centrul de Cercetări pentru Materiale Polimerice Avansate (APMG) din Universitatea Politehnica din București. NanoSHAC este un proiect finanțat de către Ministerul Educației Naționale și Cercetării Științifice, CNS-UEFISCDI, proiect nr. PNIII-P1-1.1-TE-2019-1161, în PNCDI III.
