Elaboración de materiales biomédicos a base de colágeno
Esquema conceptual del estado de fibrillas fundidas dinámicamente adaptativas para el colágeno basado en la ruta de electroensamblaje. (A) Ilustración del ensamblaje jerárquico de colágeno en escalas de longitud a través de diversos mecanismos de interacción, las interacciones reversibles de los ensamblajes jerárquicos permiten reconfiguraciones estructurales y funciones adaptativas, y las interacciones irreversibles permiten producir estructuras terminales que mantienen la homeostasis en la naturaleza. (B) Ilustración del electroensamblaje de colágeno para crear un estado de fibrillas fundidas y los mecanismos. (C) Hoja de ruta que recapitula las estructuras y funciones biomiméticas para el colágeno, la entrada de señales eléctricas induce la formación del estado de ensamblaje intermedio dinámicamente adaptativo y las señales externas selectivas inducen un ensamblaje funcionalizado adicional. Crédito: Science Advances, 10.1126/sciadv.abl7506
El colágeno es un bloque de construcción que se puede ensamblar jerárquicamente en diversas estructuras morfológicas que se adaptan dinámicamente en respuesta a señales externas. Los científicos de materiales tienen capacidades limitadas para guiar el surgimiento de la organización jerárquica del colágeno para recuperar la riqueza de su estructura y función biológicas en el laboratorio. En un nuevo informe publicado ahora en Science Advances, Miao Lei y un equipo de investigación en ciencia de materiales, medicina y ciencia y tecnología, en China y EE. UU., describieron una vía de electroensamblaje para construir un estado intermedio de fibrillas fundidas para el colágeno. El estado intermedio estaba hecho estructuralmente de fibrillas parcialmente alineadas y asociadas reversiblemente con una estructura jerárquica limitada. Reconfiguraron de forma reversible las fibrillas fundidas para ofrecer propiedades dinámicas como el endurecimiento, la contracción, la autocuración y el carácter de automoldeado basados en estímulos y guiaron las fibrillas fundidas para ensamblar y recapitular aún más las características estructurales del colágeno nativo. Los resultados proporcionan métodos no identificados hasta ahora para adaptar materiales biomédicos basados en colágeno.
El colágeno como material de construcción biológico
Las proteínas estructurales forman bloques de construcción importantes en biología con una variedad de interacciones moleculares para indicar su ensamblaje jerárquico en estructuras morfológicas complejas para regular las propiedades funcionales. El colágeno es un ejemplo clásico en el que las moléculas de triple hélice se pueden utilizar para organizarse en una jerarquía de longitudes y escalas. Dichos ensamblajes se pueden conectar a través de interacciones reversibles para reconfiguraciones estructurales y propiedades funcionales adaptativas. Por ejemplo, las interacciones observadas con los pepinos de mar describen el entrecruzamiento dinámico de las fibrillas de colágeno para ajustar reversiblemente su biomecánica y evitar la depredación. Dicha dinámica también puede facilitar la cicatrización y remodelación de heridas a través de la migración celular y la autoorganización. Los ejemplos de estas estructuras en entornos fisiológicos incluyen microfibrillas de colágeno reticuladas de la córnea transparente, fibrillas de colágeno de huesos y dientes, piel y tendones duros. En este trabajo, Lei et al. describieron el electroensamblaje de un estado intermedio de fibrillas fundidas para colágeno con una estructura de fibrillas parcialmente alineada, pero con una organización jerárquica limitada. Esperan que el electroensamblaje de estados intermedios de fibrillas fundidas de colágeno brinde oportunidades no identificadas previamente para formar materiales biomédicos basados en colágeno que imiten e incorporen propiedades estructurales del colágeno nativo y los materiales de colágeno.