Feridas externas, como cortes na pele ou escoriações, podem ser facilmente cobertas com um curativo simples ou um remendo maior para protegaª-las e facilitar sua cicatrização. Quando se trata de algumassuperfÍcies internas, como as do intestino que são revestidas com uma camada de muco, no entanto, esses materiais de cicatrização de feridas convencionais são ineficazes porque o muco impede a sua fixação firme e transporta-os rapidamente para fora do local da ferida.

Agora, pesquisadores do Instituto Wyss de Harvard para Engenharia Biologicamente Inspirada e da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS) John A. Paulson desenvolveram uma solução para este problema na forma de hidroganãis probia³ticos feitos a partir de nanofibras mucoadesivas e produzidos por uma bactanãria intestinal projetada. . Os hidroganãis podem ser facilmente produzidos a partir de culturas bacterianas e aplicados como “ganãis vivos” de autorregeneração de vida mais longa ou “ganãis livres de células” mais curtos parasuperfÍcies intestinais via seringas, spray e técnicas endosca³picas para fornecer uma vedação. O estudo épublicado em materiais avana§ados.

“Este novo tipo de material vivo projetado com sua facilidade de produção e armazenamento, biocompatibilidade e propriedades mucoadesivas poderia ser um abridor de portas para estratanãgias bioativas de cicatrização de feridas para uso dentro do laºmen humano”, disse Neel Joshi , que éuma faculdade central. membro do Instituto Wyss e professor associado da SEAS. “Podemos programar essencialmente a maquinaria molecular normal de nanofibras de E. coli não patogaªnica para produzir hidroganãis que tenham uma viscosidade que se assemelhe fortemente a  do muco, e com capacidades mucoadesivas incorporadas a eles; e sua modularidade poderia nos permitir ajusta¡-los para combinar seções especa­ficas do trato gastrointestinal com suas composições e estruturas de muco individuais ”.

A Joshi e outros laboratórios já utilizaram cepas comensais de E. coli para secretar nanofibras formadoras de biofilme e como fundições vivas para a fabricação de produtos farmacaªuticos, substâncias químicas finas ou substâncias que podem ajudar na remediação ambiental por engenharia da protea­na CsgA que as bactanãrias secretam , que se auto-monta em nanofibras curtas no ambiente extracelular. Nestas aplicações anteriores, a CsgA foi modificada para permitir funções enzima¡ticas ou estruturais adicionais, como o desempenho de uma reação química necessa¡ria para a sa­ntese de uma droga ou substância química. No entanto, materiais a  base de nanofibras de curli atéagora não foram desenvolvidos para uso direto como terapaªutica.

“Os biofilmes produzidos naturalmente são conhecidos por dificultar os processos de cicatrização de feridas atéo ponto em que eles precisam ser ativamente gerenciados por profissionais de saúde. Basicamente, hackeamos um dos principais mecanismos que os produzem com o objetivo de fazer exatamente o oposto, para produzir materiais que possam suportar a cicatrização de feridas em um ambiente inacessa­vel por outros materiais ”, disse a primeira autora, Anna Duraj-Thatte. , que épa³s-graduado na Faculdade de Artes e Ciências da equipe de Joshi.

Para permitir a formação de hidroganãis extracelulares, os pesquisadores programaram uma cepa não patogaªnica da bactanãria intestinal E. colipara sintetizar uma variante da protea­na CsgA curli que éfundida ao doma­nio de ligação do muco de fatores trevo humanos (TFFs). As TFFs são co-secretadas por células produtoras de muco para proteger os epitanãlios das mucosas de uma sanãrie de insultos e ajudam a reparar lesões. Um simples passo de filtração permite a separação clara do hidrogel contendo bactanãrias vivas do resto da cultura, enquanto os ganãis livres de células requerem um passo adicional no qual as bactanãrias são mortas com um simples tratamento qua­mico. "Acreditamos que a presença dos doma­nios da TFF permite que diferentes fibras curvas se interliguem entre si e formem uma malha de armazenamento de a¡gua, e demonstraram que as propriedades exatas do hidrogel dependem do tipo de TFF usado", disse Duraj-Thatte.

Colaborando com Jeffrey Karp e o instrutor de medicina Yuhan Lee no Brigham and Women's Hospital, a equipe testou a especificidade da adesão tecidual com base no tipo de doma­nios anexados no hidrogel. Quando as TFFs foram apresentadas nos hidroganãis, aumentaram a adesão apenas a superfÍcie da mucosa exposta ao laºmen de uma amostra de tecido do ca³lon de cabra. Alternativamente, quando um doma­nio de ligação a  protea­na fibronectina - que não éencontrado na mucosa, mas nasuperfÍcie serosa do ca³lon voltada para o exterior - os hidroganãis em vez disso preferencialmente preso ao lado seroso da amostra de tecido do ca³lon.

"Como os hidroganãis com diferentes doma­nios da TFF podem ser facilmente pulverizados nassuperfÍcies dos tecidos com adesão controla¡vel e atividade funcional, prevemos seu uso potencial em procedimentos endosca³picos para tratar distúrbios intestinais, como uma atadura", disse Karp, que éprofessor de medicina no Brigham and Women's Hospital e Harvard Medical School.

Quando administrados oralmente a camundongos, os ganãis vivos contendo células poderiam suportar o pH severo e as condições digestivas do esta´mago e do intestino delgado para atingir o ceco com a bactanãria intacta. A equipe também descobriu que os hidroganãis com um doma­nio TFF particular (TFF2) aumentam a retenção do material no ca³lon. “A presença de bactanãrias em ganãis vivos prolongou seus tempos de residaªncia no intestino de um dia para pelo menos cinco dias devido a  capacidade das bactanãrias de regenerar continuamente as redes de fibras curli decoradas com TFFs, sem afetar a saúde dos camundongos em qualquer a³bvio caminho ”, disse Joshi.

“Este éum a³timo exemplo de jujutsu baseado em biologia sintanãtica em que a equipe de Joshi enfrentou um grande problema criado por bactanãrias - os biofilmes que eles criam que são tão difa­ceis de acessar e remover - e inverteu o problema por meio de engenharia genanãtica. o biofilme agora se torna essencialmente um curativo curativo para nosso intestino. a‰ um exemplo incra­vel de engenharia biologicamente inspirada ”, disse o diretor da Wyss, Donald Ingber, professor de Biologia Vascular de Judah Folkman da  HMS e do Programa de Biologia Vascular do Hospital Infantil de Boston e professor de bioengenharia da SEAS.

Os autores adicionais do estudo são Noanãmie-Manuelle Dorval Courchesne, Pichet Praveschotinunt e Jarod Rutledge como membros da equipe de Joshi.

O estudo foi financiado pelo Instituto Wyss de Harvard para Engenharia Biologicamente Inspirada, pelos Institutos Nacionais de Saúde e pela National Science Foundation.