Tecnologia Científica

Biomateriais e andaimes 'verdes' usados ​​na medicina regenerativa
A manufatura verde está se tornando um processo cada vez mais crítico em todos os setores, impulsionado por uma crescente consciência dos impactos ambientais e de saúde negativos associados às práticas tradicionais.
Por Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Universidade de Columbia - 31/07/2021


Pixabay

A manufatura verde está se tornando um processo cada vez mais crítico em todos os setores, impulsionado por uma crescente consciência dos impactos ambientais e de saúde negativos associados às práticas tradicionais. Na indústria de biomateriais, a eletrofiação é um método de fabricação universal usado em todo o mundo para produzir malhas fibrosas de nano a microescala que se assemelham à arquitetura nativa do tecido. O processo, no entanto, tradicionalmente usa solventes que não são apenas ambientalmente perigosos, mas também representam uma barreira significativa para o aumento de escala industrial, tradução clínica e, em última instância, uso generalizado.

Pesquisadores da Columbia Engineering relatam que desenvolveram um processo de "eletrofiação verde" que aborda muitos dos desafios para aumentar este método de fabricação , desde o gerenciamento dos riscos ambientais do armazenamento e descarte de solventes voláteis em grandes volumes até o cumprimento dos padrões de saúde e segurança durante ambos fabricação e implementação. O novo estudo da equipe, publicado em 28 de junho de 2021, pela Biofabrication , detalha como eles modernizaram a fabricação de nanofibras de polímeros sintéticos e biológicos amplamente utilizados (por exemplo, poli-α-hidroxiésteres, colágeno), misturas de polímeros e compostos de polímero-cerâmica.

O estudo também destaca a superioridade da manufatura verde. As fibras "verdes" do grupo exibiram propriedades mecânicas excepcionais e bioatividade do fator de crescimento preservado em relação às fibras tradicionais equivalentes, o que é essencial para aplicações de entrega de drogas e engenharia de tecidos.

A medicina regenerativa é uma indústria global de US $ 156 bilhões, que está crescendo exponencialmente. A equipe de pesquisadores, liderada por Helen H. Lu, Percy K. e Vida LW Hudson Professor de Engenharia Biomédica, queria enfrentar o desafio de estabelecer práticas de fabricação verdes escalonáveis ​​para biomateriais biomiméticos e andaimes usados ​​na medicina regenerativa.

"Achamos que é uma mudança de paradigma na biofabricação e vai acelerar a tradução de biomateriais escaláveis ​​e andaimes biomiméticos para engenharia de tecidos e medicina regenerativa ", disse Lu, líder em pesquisa em interfaces de tecidos, particularmente o design de biomateriais e estratégias terapêuticas para recriando a sincronia natural do corpo entre os tecidos. "A eletrofiação verde não apenas preserva a composição, química, arquitetura e biocompatibilidade das fibras eletrofiadas tradicionalmente, mas também melhora suas propriedades mecânicas ao dobrar a ductilidade das fibras tradicionais sem comprometer o rendimento ou a resistência à tração final. Nosso trabalho fornece um aspecto mais biocompatível e solução sustentável para fabricação escalonável de nanomateriais. "

A equipe, que incluiu vários alunos de doutorado BME do grupo de Lu, Christopher Mosher Ph.D.'20 e Philip Brudnicki, bem como Theanne Schiros, uma especialista em síntese têxtil com consciência ecológica que também é cientista pesquisadora na Columbia MRSEC e assistente professor da FIT, aplicou princípios de sustentabilidade à produção de biomateriais e desenvolveu um processo de eletrofiação verde testando sistematicamente o que o FDA considera como solventes biologicamente benignos (Q3C Classe 3).

Eles identificaram o ácido acético como um solvente verde que exibe baixo impacto ecológico (Avaliação do Ciclo de Vida de Mentes Sustentáveis) e suporta um jato de eletrofiação estável sob condições de fabricação de rotina. Ao ajustar os parâmetros de eletrofiação, como distância da placa agulha e taxa de fluxo , os pesquisadores foram capazes de melhorar a fabricação de pesquisa e polímeros biomédicos padrão da indústria, reduzindo os impactos de fabricação prejudiciais do processo de eletrofiação de três a seis vezes.

Os materiais eletrofiados verdes podem ser usados ​​em uma ampla gama de aplicações. A equipe de Lu está atualmente trabalhando para inovar ainda mais esses materiais para aplicações ortopédicas e odontológicas e expandir este processo de fabricação ecologicamente correto para a produção escalonável de materiais regenerativos.

"A biofabricação tem sido referida como a 'quarta revolução industrial' após os motores a vapor, a energia elétrica e a era digital para automatizar a produção em massa", observou Mosher, o primeiro autor do estudo. "Este trabalho é um passo importante para o desenvolvimento de práticas sustentáveis ​​na próxima geração de fabricação de biomateriais, que se tornou fundamental em meio à crise climática global."

 

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