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Ciclo Vivo

Cientistas usam colágeno de esponjas marinhas para enxertos ósseos

Publicado em 15 setembro 2020

Com apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), um grupo de cientistas coordenado por Ana Claudia Renno e Renata Neves Granito, ligado ao Laboratório de Biomateriais e Engenharia de Tecidos (Labetec) da Universidade Federal de São Paulo (Unifesp), conseguiu extrair colágeno e biossílica de esponjas marinhas e com eles desenvolver uma membrana para reparo de queimaduras e úlceras da pele e uma estrutura para enxertos ósseos.

Os produtos estão em diversas fases dos testes pré-clínicos. O colágeno foi extraído da espécie Aplysina fulva e o bioativo biossílica foi obtido da espécie Tedania ignis.

O colágeno já é um material bastante utilizado para essas finalidades, mas na maioria dos casos se usa matéria-prima de tecido de boi ou de porco e os produtos originados são muito caros. Não há ainda, no mercado, nenhum produto do gênero à base de colágeno marinho.

“No mercado, existe uma série de protocolos ou tratamentos para fraturas e úlceras ou queimaduras, mas geralmente ou são muito caros, ou não têm a capacidade adequada de aceleração dos processos de reparo e regeneração. Começamos a procurar alternativas para extrair bioativos do ambiente marinho, aqui em Santos, onde está localizado o Labetec, e tentar elaborar com eles biomateirais que pudessem suprir essa lacuna”, salienta à Agência Fapesp Ana Claudia Renno, fisioterapeuta e coordenadora do Programa de Pós-Graduação em Bioprodutos e Bioprocessos da Unifesp, no campus Baixada Santista.

Metodologia

Os cientistas extraíram o colágeno da esponja marinha, fizeram a prospecção para identificar o bioativo e realizaram uma série de testes biológicos para comprovar a biocompatibilidade do colágeno marinho e sua capacidade de acelerar o processo de reparo dos tecidos.

“A composição desse colágeno da esponja é muito similar à composição do colágeno dos vertebrados. Por conta dessa similaridade, e já havendo uma série de referências na literatura sobre a utilização do colágeno em diversos processos regenerativos, conseguimos identificar e processar o material e usá-lo na produção de membranas e estruturas para enxerto ósseo”, acrescenta a pesquisadora.

Renno afirma que um ponto crucial para conseguir ultrapassar a fase de laboratório e seguir para os testes clínicos é a otimização do rendimento da extração. “Estamos testando e comparando protocolos para que possamos otimizar a extração dos bioativos das amostras e, futuramente, ter realmente um produto que chegue ao mercado e beneficie a população”, enfatiza.

As esponjas foram coletadas na Praia Grande de São Sebastião, graças a uma cooperação do Labetec com o Centro de Biologia Marinha da Universidade de São Paulo (CEBImar-USP).

“Elas são coletadas por mergulhadores, com uma espátula, a uma profundidade de cinco metros. Colocamos em água salgada e trazemos para o laboratório rapidamente, para fazer o processamento, pois elas duram no máximo um dia”, diz. No laboratório, as amostras são processadas, higienizadas e estocadas até que chegue o momento de fazer a extração.

“O ideal seria cultivá-las, para que não tenhamos de retirá-las da natureza. É possível cultivá-las em aquários, mas esses animais são muito sensíveis, são filtradores. E também há a alternativa de cultivá-los no mar mesmo. Neste caso, a possibilidade de sucesso é maior, porque é o hábitat deles, mas nosso grupo ainda não está trabalhando com o cultivo no mar. Estamos tentando o cultivo em aquários, onde conseguimos controlar temperatura, composição da água e outras variáveis, para obtenção de uma amostra homogênea e padronizada para extrair o colágeno”, detalha.

Tratamento de queimaduras

O projeto da membrana para tratamento de queimaduras e lesões cutâneas começou com o mestrado do aluno Tiago Akira Araújo. “O estudante já manufaturou a membrana a partir do colágeno marinho e já temos o protótipo. Ele padronizou os procedimentos de extração do colágeno e agora estamos terminando de testar a toxicidade em células da pele. Pretendemos começar os testes pré-clínicos em animais até o fim do ano. Ele já tem uma empresa e a ideia é transformar a membrana em produto”, adianta Renno.

A equipe realizou entrevistas com cirurgiões plásticos e dermatologistas para levantar eventuais problemas apresentados pelos produtos já existentes no mercado. “Além do alto custo das membranas, algumas não têm a capacidade adequada de acelerar o processo de reparo cutâneo.

Muitas vezes, esses curativos não são reabsorvíveis: eles têm de ser trocados em espaços curtos de tempo, o que é ruim para o paciente, causa dor, desconforto e risco de infecção. Nossa membrana, por outro lado, deverá ficar no tecido, na área da queimadura, sendo reabsorvida até que o corpo consiga substitui-la por tecido normal”, avalia.

A pesquisadora também salienta que a matéria-prima de origem vertebrada (bois e porcos) tem de ser monitorada passo a passo, porque há a possibilidade de transmissão de doenças caso não seja muito bem processada.

Efetividade biológica

O objetivo do grupo ao trabalhar com a esponja foi tentar criar uma membrana que tenha efetividade biológica e capacidade de acelerar o processo de reparo, além de ser absorvível, a partir de uma matéria-prima nacional, fácil de ser acessada e processada, com reagentes químicos amigáveis e com custo reduzido para que o produto seja mais acessível à população.

“Acreditamos que essa membrana à base de colágeno marinho poderá chegar ao mercado mais barata do que as similares, porque ela é mais fácil de processar. O Tiago otimizou um protocolo baseado em água como solvente para extração do colágeno. Conseguiu obter um rendimento muito bom, com efetividade biológica bastante significativa a partir da extração com água. Outros protocolos usavam diferentes solventes, alguns tóxicos. Ao fazer com água é possível reduzir o custo do produto e também a toxicidade”, pontua.

Enxertos ósseos

O trabalho com o material destinado a enxerto para fraturas ósseas está ligeiramente mais adiantado que o feito com a membrana, pois começou antes. Os testes pré-clínicos já estão em andamento.

Para mimetizar o tecido ósseo e obter uma estrutura para enxertos, o grupo utilizou tanto a parte orgânica (a espongina, que é o colágeno propriamente dito), quanto a parte mineral (inorgânica) da esponja, a biossílica.

“Associamos a parte orgânica com a parte mineral e conseguimos obter um compósito com propriedades muito similares às do tecido ósseo. Fizemos um enxerto manufaturado, realizamos sua caracterização e iniciamos os testes, tanto in vitro, com células ósseas, quanto in vivo, com animais”, revela.

Os cientistas também adicionaram a espongina a materiais já comumente usados para enxertos ósseos, como a hidroxiapatita e o biossilicato.

“Nosso objetivo nesses trabalhos foi tentar melhorar as propriedades bioativas, ou seja, a capacidade desses materiais de acelerar o processo de reparo ósseo, principalmente com a hidroxiapatita, que, apesar de largamente utilizada, não consegue finalizar o processo de consolidação da fratura e tem propriedades biológicas bastante limitadas. Assim, partindo do pressuposto de que materiais biomiméticos – que simulam a composição dos tecidos biológicos – têm uma capacidade maior de acelerar os processos de reparo, pensamos em introduzir espongina nesses materiais já amplamente difundidos para ver se conseguíamos otimizar seu potencial biológico”, ressalta.

Resultados

Segundo Renno, a equipe conseguiu bons resultados com o misto de espongina (30%) e hidroxiapatita (70%). “Conseguimos melhorar a capacidade de acelerar o processo de reparo com números bastante expressivos quando comparados ao material feito apenas de hidroxiapatita. Quanto ao biossilicato, que já tem uma utilidade biológica bastante significativa e é bastante caro, geralmente importado, nossa expectativa era, também, conseguir reduzir um pouco o custo do compósito final. Neste caso, usamos 20% de espongina e 80% de biossilicato”, afirma.

O grupo tem doze artigos relacionados à área de pesquisa, entre publicados e aceitos em revistas internacionais, e reúne cerca de 20 pesquisadores entre alunos de mestrado, doutorado e pós-doutorado, sob orientação das professoras Ana Claudia Renno e Renata Neves Granito.

“Nossa equipe é multidisciplinar: temos biólogos, químicos, dentistas e cirurgiões plásticos. Temos também colaborações com diversas universidades, incluindo todas as públicas do estado de São Paulo e ainda com a Universidade do Minho, em Portugal”, diz Renno.

O pesquisador Paulo Roberto Gabbai Armelin, apoiado pela Fapesp, está iniciando os testes de impressão da membrana e do enxerto ósseo.