Interacção célula/material Encontros imediatos. Topografia Química de superfície. Hidrofobicidade/hidrofilicidade

Transcrição

1 2008/2009

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3 Interacção célula/material Encontros imediatos Topografia Química de superfície Hidrofobicidade/hidrofilicidade

4 Via metabólica de sinalização - apoptosis

5 Na relação com a superfície do material é a célula o factor determinante? A Estrutura das proteínas Adaptado de A. L. Lehninger, D. L. Nelson and M. M. Cox. Principles of Biochemistry

6 Porque é que as proteínas são tão importantes? Porque são elas as responsáveis pelo tipo de resposta do hospedeiro A implantação de biomateriais activa duas cascatas de sinalização complementares: 1) Cascata de coagulação envolve ~12 proteínas 2) Via complementar alternativa envolve >20 proteínas A resposta do hospedeiro segue a seguinte sequência TEMPO FERIDA Segundos/minutos Interacção sangue-biomaterial Horas Formação provisória de matriz Inflamação aguda Dias Inflamação crónica Granulomas Reacção corpo estranho Semanas Fibrose/Formação de cápsula fibrosa

7 A desnaturação de uma única proteína pode desencadear a cascata de coagulação

8 Para quê? Principal: Alterar as propriedades/características da superfície, mantendo as propriedades do maciço, com o intuito de melhorar o desempenho em meio biológico Objectivos específicos: 1. Limpar uma superfície 2. Reduzir/eliminar a sorção de proteínas - reduzir/eliminar as respostas incontroláveis e indesejáveis devido à inserção de implantes e dispositivos extra-corpóreos. sorção C3b/IgG activação dos glóbulos brancos - Reduzir a sorção não-específica na superfície de biossensores o Estratégia actual: hidratar; superfícies hidrófilas PEO (poli(óxido de etileno)) é o gold standard

9 Para quê? 3. Reduzir/eliminar a adesão celular - criar superfícies que mimetizam as existentes na natureza ex: Albumina sérica bovina proteína que apresenta uma baixa afinidade para com os fluídos e tecidos biológicos (60%peso das proteínas do sangue) 4. Promover a ligação/adesão celular - modificar γ1 (varia a química superficial sorção de proteínas) - criar uma superfície com carga positiva muitas proteínas têm carga superficial positiva sorção de proteínas NOTA: uma superfície fortemente ++++ pode inibir o crescimento celular

10 Para quê? 4. Promover a ligação/adesão celular (cont.) - aumentar a rugosidade/porosidade da superfície promove a ligação celular ( área superficial para ligação) pode inibir o crescimento celular - ligar à superfície moléculas que promovam a adesão celular adesão de proteínas (fibronectina) adesão de sequ~encias de amino-ácidos ex: RGD (arg-gly-asp) (fibronectina, colagénio) YIGSR (tyr-isoleuc-gly-ser-arg) (laminina B1)

11 Para quê? 5. Reduzir a trombogeneicidade - superfícies hidrófilicas eliminam a sorção de proteínas - superfície hidrófobas interface célula/superfície fraca explora a tensão de corte devido ao fluxo sanguíneo - heparina na superfície superfície natural das células endoteliais dos vasos sanguíneos inactiva factor Xa e a trombina pela ligação de anti-trombina - albumina na superfície inibe a ligação de plaquetas - revestimentos com afinidade para a albumina superfícies que promovem uma forte adesão de albumina formando um revestimento passivo ex: bilirrubina

12 Para quê? 6. Reduzir a adesão bacteriana (cont.) Adesão de bactérias - proténias e polisacarídeos da parede celular (não-específica) - receptores específicos de proteínas plasmídicas (ex: S. Aureus liga fibrinogénio/fibrina) - pili facilitam a ligação inicial à superfície Parede celular da bactéria (gram negativa) E.coli Parede celular da bactéria (gram positiva) S. aureus, S. epidermis

13 Para quê? 6. Reduzir a adesão bacteriana (cont.) Como evitar - revestimentos passivos polímeros hidrofílicos, albumina sérica bovina - agentes anti-bacterianos filmes contendo Ag antibióticos (ex: film com gentamicina) - agentes destruidores da parede celular (catiónicos) i) peptídeos anti-micróbianos não-mamíferos ii) polímeros catiónicos (ex: cadeias lateriais lipid-like )

14 Para quê? 7. Alterar as propriedades de transporte - regular a passagem de água, agentes terapêuticos, etc. ex: reticulação (passiva) ou válvulas de ph (activa) 8. Aumentar a lubrificação - reduzir a fricção e o atrito in vivo: superfícies hidrofílicas 9. Aumentar a dureza aumenta a resistência ao desgaste 10. Aumentar a resistência à corrosão/degradação

15 Como? MÉTODOS PARA MODIFICAÇÃO DE SUPERFÍCIES 1. Revestimento por solvente 2. Enxerto de polímeros 3. Sorção a partir de solução 4. Modificação da topografia 5. Multicamada de polielectrólitos 6. Segregação superficial

16 Como? MÉTODOS PARA MODIFICAÇÃO DE SUPERFÍCIES Tratamentos por plasma Plasma: gases ionizados (iões, electrões, radicais livres, átomos...) criados pelo impacto de iões/electrões sob a aplicação de um campo eléctrico PULVERIZAÇÃO CATÓDICA

17 O QUE É?

18 O QUE É?

19 O QUE É?

20 O QUE É?

21 Como? FILME RETIRADO DEVIDO AOS DIREITOS DE AUTOR

22 Fenómenos à escala atómica que afectam a nucleação e o crescimento

23 Nucleação e crescimento - apanhado Nucleação Crescimento de ilhas Coalescência das ilhas Crescimento de grão e formação de policristais Desenvolvimento de uma estrutura contínua e crescimento do filme.