Biocompósitos piezoelétricos nanoestruturados como "advanced scaffolds" para o mercado de engenharia de tecidos cardiovasculares

Descrição

O objetivo principal deste projecto exploratório de investigação no âmbito do Programa UT Austin Portugal é investigar a possibilidade de aplicar materiais compósitos orgânicos/inorgânicos avançados nano-fabricados ou nano-modificados, funcionalizados através de respostas piezo- e ferroelétricas, intrínsecas ou induzidas, à engenharia de tecidos cardiovasculares.O enfarte agudo do miocárdio, continua a ser a principal causa de morte globalmente, existindo uma necessidade urgente de soluções terapêuticas avançadas. A engenharia de tecidos cardíacos oferece métodos inovadores para reparar e regenerar tecido cardíaco danificado. Estes métodos respondem a problemas clínicos críticos e direções de investigação que requerem um financiamento substancial, acabando assim por originar futuras aplicações nicho para a utilização de nanomateriais funcionalizados  no mercado da engenharia de tecidos cardíacos. Com base no relatório da MarketsandMarkets, o mercado da engenharia de tecidos cardíacos tem um crescimento expectável de 621,2 milhões de USD em 2024 para 1.333,6 milhões em 2029, demonstrando uma taxa de crescimento anual composta (CAGR) de 16.5%. Os principais impulsionadores do mercado incluem um apoio substancial por parte de ambos os governos e principais atores do mercado, como foi exemplificado por uma campanha de angariação de fundos no Canadá, que angariou 23,6 milhões de CAD. As grandes empresas neste campo incluem Terumo Corporation, Artivion, Baxter International e Medtronic. A América do Norte representa o mercado líder devido a gastos elevados com o sistema de saúde e infraestrutura médica avançada. O mercado da engenharia de tecidos cardíacos incluí, enxertos vasculares,  “Cardiac Patches”, e válvulas cardíacas. Os “Cardiac Patches” e dispositivos de regulação do batimento cardíaco (pacemakers) representam uma percentagem significativa do mercado, devido às suas capacidades terapêuticas multifuncionais. Os “patches” implantáveis são constituídos por “scaffolds” que contém agentes terapêuticos que fornecem suporte mecânico crucial ao tecido miocardial enfraquecido e melhoram a função cardíaca promovendo a condução elétrica sincronizada. A sua habilidade de levar terapias dirigidas diretamente à zona de enfarte sem causar efeitos secundários sistémicos, faz com que sejam um componente vital na regeneração e reparação cardíaca, contribuindo para a sua presença substancial no mercado. Os tipos de “scaffolds” podem ser divididos em origem biológica ou sintéticos. Durante a última década, os “bioscaffolds” mantiveram uma quota do mercado significativa devido à sua biocompatibilidade natural e capacidade de promover bioatividade, que melhora a adesão e crescimento celular, e a sua capacidade de se integrarem perfeitamente com a matriz extracelular do hospedeiro. Esta integração mitiga resposta imunes adversas e facilita a regeneração natural do tecido.Como é observável na Natureza, as cargas elétricas desempenham um papel fundamental em quase todos os tecidos, sendo responsáveis por sinais bioelétricos (“biocues”) na modelação e crescimento celular, proliferação e diferenciação. Isto é um ponto chave que fez com que a engenharia de tecidos começasse a explorar a capacidade de certos materiais de gerar cargas elétricas como resposta a estímulos mecânicos, o chamado efeito piezoelétrico ou piezoeletricidade. A piezoeletricidade desempenha um papel essencial em todos os tecidos que contém colagénio, sendo responsável pelos sinais bioelétricos da matriz extracelular. Tendo em conta este conhecimento, os biomateriais piezoelétricos e electromecanicamente funcionalizados estão a ganhar um interesse considerável como novas estratégias para engenharia de tecidos devido à sua habilidade de serem usados como scaffolds ou de serem integrados com substratos para fornecerem estímulos mecânicos e elétricos que simulam o ambiente do tecido nativo sob condições estáticas e dinâmicas. Quando estes materiais experienciam deformação mecânica, tal como estiramento ou compressão, geram sinais elétricos que podem afetar o comportamento celular. Esses sinais elétricos podem influenciar a adesão celular, proliferação, diferenciação e expressão genética, que são processos críticos na regeneração de tecido.Este projeto tem como principal objetivo o desenvolvimento de um “scaffold” polimérico biocompatível e microelectromecanicamente funcionalizado como uma nova abordagem à engenharia de tecidos cardíacos. Esta abordagem foca-se no controlo preciso das cargas elétricas intrínsecas e induzidas, assim como as propriedades mecânicas locais de polímeros biocompatíveis, adireção científica onde o nosso grupo tem um conhecimento extensivo. A motivação para a colaboração com o Dr. Aaron B. Baker, Professor de Univesidade do Texas em Austin, surge devido à direção de investigação científica seguida pelo seu grupo, nomeadamente engenharia de tecidos cardiovasculares de um ponto de vista celular, de biomecânica molecular e de fenómenos de