Polímero PEG imprimível em 3D pode transformar a tecnologia médica.

Engenheiros da Universidade da Virgínia fizeram um avanço significativo na tecnologia de polímeros. Seu novo design oferece maior resistência e flexibilidade do que os anteriores. Além disso, é imprimível em 3D e seguro para humanos, abrindo portas para inovações em diversos setores. Veja o que você precisa saber.

Redes de polietilenoglicol (PEG)

Este trabalho centra-se nas redes de polietilenoglicol (PEG). Estas estruturas têm sido cada vez mais utilizadas na área biomédica, onde são cruciais para a engenharia de tecidos, administração de fármacos e outras aplicações que salvam vidas.

O polietilenoglicol foi produzido pela primeira vez em 1859, quando o químico português A.V. Lourenço e o químico francês Charles Adolphe Wurtz relataram, independentemente, produtos à base de polietilenoglicol. O uso biomédico do PEG expandiu-se significativamente após sua inclusão nas principais farmacopeias em meados do século XX. Desde então, o PEG passou por melhorias em seu design e desenvolvimento. Recentemente, também tem sido explorado como uma forma viável de criar células de bateria.

Problemas com PEG

Apesar de suas crescentes aplicações, várias desvantagens ainda precisam ser superadas para que sua utilidade seja ainda maior. Uma delas é que o método de produção atual é caro e trabalhoso.

Utiliza um sistema à base de água que promove a reticulação de polímeros lineares. A água atua como suporte para a estrutura durante a cristalização. Após a formação da rede polimérica, a água é drenada, deixando a estrutura finalizada.

Essa abordagem é demorada, cara e não escalável. Além disso, as redes de PEG resultantes são muito frágeis. Essas estruturas cristalinas quebradiças carecem de flexibilidade, o que limita suas aplicações, especialmente quando se trata de aplicações biomédicas.

Estudo de Polímero Impresso em 3D

Uma equipe de engenheiros acaba de descobrir uma maneira de produzir redes PEG com mais facilidade, oferecendo alternativas mais flexíveis do que as opções atuais. O estudo, publicado recentemente, revelou um método mais simples e eficaz para produzir redes PEG, oferecendo alternativas mais flexíveis do que as disponíveis atualmente. Fabricação aditiva de hidrogéis e elastômeros de polietilenoglicol extensíveis com arquitetura molecular codificada¹ Apresenta uma abordagem totalmente nova para redes PEG que tem o potencial de impulsionar a sua adoção.

Fonte- Materiais avançados

Por que a elasticidade é importante em redes PEG

No cerne desta pesquisa está o desejo de tornar as redes de PEG mais flexíveis. Redes de PEG extensíveis poderiam desempenhar mais funções. Por exemplo, poderiam ser usadas em mais aplicações médicas e em maior escala, com o objetivo final de utilizar essas estruturas como suporte para o crescimento de órgãos sintéticos.

Seguro para o sistema imunológico

Como parte deste estudo, a equipe precisava garantir que as alterações no material da rede de PEG não causassem nenhuma resposta imunológica. O sistema imunológico detecta invasores estranhos e os remove do organismo, o que se torna um problema quando se trata de implantes. Assim, os engenheiros iniciaram o processo explorando e sintetizando materiais e estruturas imunologicamente seguros.

3D imprimível

O próximo passo foi garantir que o material fosse imprimível em 3D. Essa pesquisa levou a equipe a hidrogéis altamente extensíveis à base de PEG que integravam elastômeros sem solventes. Eles observaram que, diferentemente da abordagem à base de água, essas redes poderiam ser criadas usando fotopolimerização rápida e produtos químicos comerciais disponíveis.

Estruturas Complexas

A decisão de utilizar impressoras 3D foi um passo importante que abriu caminho para parâmetros de design mais complexos e úteis. A equipe também observou que é possível alterar as estruturas em padrões intrincados simplesmente ajustando as luzes UV.

Notavelmente, eles criaram diversas estruturas diferentes, cada uma com seus benefícios únicos. Algumas estruturas eram rígidas, enquanto outras podiam ser esticadas ou dobradas. É importante destacar que todas foram criadas usando elastômeros sem solventes, o que aumentou sua capacidade de ajuste.

Escova de mamadeira dobrável

Os engenheiros determinaram que correntes lineares não eram a melhor opção. Em vez disso, introduziram uma arquitetura dobrável em forma de escova de garrafa. Esse design utiliza estruturas internas para adicionar capacidades mecânicas como torção, alongamento e flexão.

A arquitetura em forma de escova permitiu que os motores evitassem a cristalização. Por sua vez, isso melhorou a durabilidade da estrutura. Esse novo polímero de alta resistência pode ser estendido como um acordeão sem comprometer a resistência. Os engenheiros concluíram que a arquitetura em forma de escova deve ser amplamente compatível com a maioria dos sistemas de polímeros à base de PEG, expandindo significativamente seu potencial para aplicações biomédicas e de engenharia.

Vestirse en Camadas

Com muita habilidade, a equipe construiu a estrutura usando uma abordagem de camadas. Cada camada era criada sob luz UV, curada e a camada seguinte era construída sobre ela. O processo levava segundos para ser concluído e incluía a impressão de geometrias complexas.

Testes de biocompatibilidade e desempenho estrutural

Na fase de testes, os engenheiros verificaram se o PEG era biocompatível, uma preocupação fundamental para o uso em aplicações de suporte para tecidos. Como parte desse teste, a equipe criou culturas de células que foram introduzidas no suporte e, em seguida, as reações foram monitoradas.

Os pesquisadores também examinaram a capacidade dos processos de suportar estruturas complexas. Por exemplo, eles imprimiram geometrias biocompatíveis semelhantes a órgãos.

Resultados de resistência mecânica e biocompatibilidade

Os resultados dos testes foram inspiradores. A equipe observou que sua rede de PEG era mecanicamente resistente e biocompatível. O teste mostrou que as células cultivadas continuaram suas atividades sem reação adversa à rede de PEG, abrindo caminho para possíveis usos médicos.

O teste também revelou o quanto as estruturas eram mais duráveis ​​em comparação com seus antecessores. Especificamente, os hidrogéis e elastômeros apresentaram módulos que variaram de ≈1 a ≈100 kPa. Eles também melhoraram a resistência à tração em 1500%.

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Arquitetura Avançada

O estudo demonstrou que o método de impressão 3D oferece a maior flexibilidade em termos de design estrutural. Cada estrutura foi impressa de forma precisa, sem qualquer perda de elasticidade. Além disso, todo o processo foi realizado à temperatura ambiente.

Principais benefícios dos materiais PEG imprimíveis em 3D

Existem diversas vantagens que os materiais PEG imprimíveis em 3D trazem para o mercado. Para começar, eles são mais ecológicos. O processo à temperatura ambiente reduz custos e complicações, possibilitando a produção em larga escala no futuro.

Versatilidade

A versatilidade da impressão 3D não pode ser ignorada. O uso de impressoras 3D permite que engenheiros criem estruturas mais avançadas, que um dia poderão ser componentes essenciais para o cultivo artificial de órgãos e outras tecnologias médicas avançadas.

Aplicações práticas e cronograma para PEG imprimível em 3D

A lista de aplicações para redes de PEG fotocuráveis ​​em formato de escova abrange diversos setores. Essas redes microscópicas podem servir como base para metais microestruturados, redes vasculares biomiméticas funcionais e muito mais. Aqui estão algumas aplicações potenciais para essa tecnologia.

Tecnologia Médica

A principal e mais significativa aplicação dessa tecnologia está no campo da medicina regenerativa. A lista de espera por órgãos continua a crescer. Infelizmente, muitas pessoas nunca receberão o órgão necessário para um transplante que melhoraria suas vidas. No entanto, a capacidade de cultivar órgãos humanos poderia aliviar esse problema globalmente e inaugurar uma nova era na assistência médica.

Tecnologia de Baterias

Outra aplicação promissora dessa tecnologia é a criação de baterias mais potentes e leves. Essas estruturas poderiam funcionar como células, possibilitando o uso de eletrólitos de estado sólido de altíssimo desempenho.

Cronograma de comercialização do PEG de escova-de-garrafa

Essa tecnologia poderá chegar ao mercado nos próximos 5 anos. Há uma forte demanda por opções de baterias mais leves e resistentes, e essa tecnologia poderá ajudar a tornar esse objetivo realidade.

Pode levar 10 anos ou mais até que a tecnologia esteja avançada o suficiente para ser usada no cultivo de órgãos artificiais. Ainda há muita pesquisa a ser feita, incluindo testes e aprovação regulatória, o que pode atrasar ainda mais o processo.

Pesquisadores de polímeros impressos em 3D

O Laboratório de Biomatéria Macia da Universidade da Virgínia liderou este estudo. O artigo lista Baiqiang Huang, Myoeum Kim, Pu Zhang, Emmanuel Oduro, Daniel A. Rau e Li-Heng Cai como os principais colaboradores. Notavelmente, este trabalho se baseia em outros projetos nos quais esta equipe criou polímeros sintéticos ultrarresistentes.

O estudo recebeu financiamento do UVA LaunchPad for Diabetes, da National Science Foundation, dos National Institutes of Health e do fundo Commonwealth Commercialization da Virginia Innovation Partnership Corporation.

Polímero impresso em 3D - Futuro

Os engenheiros agora buscarão investigar outras estruturas e materiais. Seu objetivo é desenvolver outros materiais imprimíveis em 3D que suportem tarefas específicas, abrindo caminho para produtos mais leves e duráveis, tratamentos e muito mais.

Investindo em inovações em tecnologia médica

Diversas empresas de biotecnologia continuam a expandir os limites na criação de tecidos e em outros desenvolvimentos de tecnologia médica. Essas empresas investem milhões anualmente em pesquisas para aprimorar as abordagens atuais ou desenvolver métodos melhores. Aqui está uma empresa que continua a impulsionar a inovação no mercado de biotecnologia.

Terapêutica Unida

A United Therapeutics, sediada em Maryland, entrou no mercado em 1996. Sua fundadora, Martine Rothblatt, percebeu a necessidade urgente de melhores tratamentos depois que sua filha foi diagnosticada com hipertensão arterial pulmonar (HAP) e construiu a empresa com o objetivo de desenvolver terapias que salvam vidas para essa doença rara e frequentemente fatal.

A United Therapeutics possui diversos tratamentos e medicamentos utilizados globalmente. Especificamente, seu principal produto é o Remodulin (treprostinil). Este medicamento tem se mostrado eficaz no tratamento da Hipertensão Arterial Pulmonar (HAP) e outras doenças cardíacas. Aqueles que buscam uma empresa de tecnologia médica consolidada e com um propósito claro devem pesquisar mais sobre a United Therapeutics.

Notícias e desempenho mais recentes das ações da United Therapeutics (UTHR).

Polímero impresso em 3D | Conclusão

O trabalho desenvolvido por esses engenheiros terá um forte impacto nas áreas médica e de baterias na próxima década. Além disso, ajudará a inspirar a inovação em diversos setores, o que poderá levar a avanços médicos que salvarão vidas ainda nesta geração. Portanto, esses engenheiros merecem uma salva de palmas.

Conheça outras descobertas interessantes na área da biotecnologia. Aqui você encontra.

Referências

^{1. Huang, B., Kim, M., Zhang, P., Oduro, E., Rau, DA, & Cai, H. Fabricação aditiva de hidrogéis e elastômeros de polietilenoglicol extensíveis com arquitetura molecular codificada. Advanced Materials, e12806. https://doi.org/10.1002/adma.202512806}