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Pesquisa cria curativo versátil à base de nanofibra e composto extraído do açafrão

Publicado em 12 agosto 2021

O curativo multifuncional, de forte ação antibacteriana, libera lentamente compostos bioativos para o tratamento de feridas

Curativo nanotecnológico é capaz de liberar o princípio ativo contido em seu interior de forma lenta.

Produto é feito à base de curcumina, substância retirada do açafrão-da-terra.

Curcumina apresenta atividades bactericida, antioxidante e anti-inflamatória.

Em laboratório, o curativo apresentou forte ação antimicrobiana contra a Staphylococcus aureus, bactéria comumente associada a infecções de pele.

O resultado abre caminho para ampliar a aplicação de curativos multifuncionais de liberação lenta de compostos bioativos para tratamento de ferimentos como úlceras e queimaduras.

Cientistas procuram parceiros interessados em avançar no desenvolvimento do produto e realizar testes em escala para entrada no mercado.

É do encontro da nanotecnologia com a biotecnologia, da combinação de compósitos biodegradáveis e de uma porção de curcumina, substância encontrada no pó dourado do açafrão-da-terra, que pesquisadores de São Carlos (SP) projetaram um novo modelo de curativo cutâneo multifuncional para tratamento de feridas. Além de driblar as limitações da curcumina, ele é capaz de liberar o princípio ativo contido no interior do curativo, de forma controlada, o que nem sempre ocorre em versões tradicionais.

Embora apresente diversas propriedades medicinais, como atividade bactericida, antioxidante e anti-inflamatória, a aplicação da curcumina é limitada por sua baixa solubilidade e fácil degradação na presença de luz. Para vencer essas barreiras, os pesquisadores criaram um nanomaterial baseado em membranas poliméricas bicamadas, compostas por fibras eletrofiadas de poliácido láctico e borracha natural.

O resultado obtido abre caminho para ampliar o uso de curativos multifuncionais nesse modelo, de liberação lenta de compostos bioativos para tratamento de queimaduras e úlceras, por exemplo.

Em ensaios de laboratório, o curativo evitou a penetração de bactérias por dez dias e demonstrou forte ação antibacteriana contra a Staphylococcus aureus, bactéria geralmente presente em feridas cutâneas e associada a infecções de pele.

O curativo pode ser disponibilizado como mantas de nanofibras, em diversos formatos, apropriado à aplicação em ferimentos cutâneos. Ao mesmo tempo em que protegem as lesões de ações externas, como exposição à luz solar e contaminação, o curativo também diminui a infecção por bactérias.

Já com pedido de patente depositado no Instituto Nacional de Propriedade Industrial (INPI), o próximo passo é prospectar parceiros interessados em avançar no desenvolvimento do produto e realizar testes em escala para entrada no mercado.

A equipe e a pesquisa

A pesquisa orientada pelo pesquisador da Embrapa Instrumentação (SP) Daniel Souza Corrêa, no âmbito da Rede Nacional de Nanotecnologia para o Agronegócio (Rede AgroNano), envolveu dois programas de pós-graduação da Universidade Federal de São Carlos (UFSCar). No programa de Biotecnologia (PPGBiotec), Paulo Augusto Marques Chagas desenvolveu o estudo sobre o curativo cutâneo para obtenção do título de doutor.

A outra contribuição veio da química (PPGQ), com a participação do doutorando Rodrigo Schneider, além de Danilo Martins, pós-doutorando do Laboratório Nacional de Nanotecnologia para o Agronegócio (LNNA), sediado em São Carlos (SP), na Embrapa Instrumentação. Pesquisadores do Instituto de Física de São Carlos, da Universidade de São Paulo (IFSC-USP), participaram da caracterização dos materiais empregados no curativo.

O trabalho focou no desenvolvimento de mantas de fibras poliméricas obtidas pela técnica de eletrofiação a partir da blenda de polímeros, como poliácido láctico (PLA) e borracha natural (BN) contendo curcumina, com o objetivo de utilizá-las como curativos em feridas e auxiliar o processo de cicatrização. As nanofibras assimétricas são como uma estrutura 3D formada por uma manta eletrofiada de PLA, seguida da deposição de uma manta eletrofiada da mistura PLA/BN contendo diferentes concentrações de curcumina.

Os pesquisadores contam que o entendimento e controle da matéria na nanoescala, impulsionados pelos avanços nas pesquisas desenvolvidas pelo LNNA, possibilitaram o encontro de duas áreas do conhecimento: a de materiais e da biotecnologia.

Dessa união surgiu o curativo cutâneo, cuja pesquisa teve apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), da Coordenação e Aperfeiçoamento de Pessoal de nível superior (Capes) e do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq).

Os pesquisadores usaram a difusão em disco em Ágar, um método simples e semiquantitativo, para determinar a atividade antibacteriana contra a Staphylococcus aureus (foto ao lado), e testes utilizando peles de suínos para simular um modelo de ferida infectada.

Além de experimentos em escala laboratorial, para a confecção das membranas assimétricas que compõem os curativos, eles também realizaram testes in vitro para a comprovação da liberação da curcumina.

Os ensaios ainda asseguraram a fotoproteção (proteção contra a ação da luz) da curcumina – empregada como modelo de composto bioativo fotossensível encapsulado nas nanofibras – da proteção contra a entrada de bactérias externas através das membranas assimétricas formadas pelas nanofibras.

As próximas etapas envolvem buscas de parceiros para avanços nos estudos, visando comprovação da eficácia do curativo em testes in vivo e otimizações no processo para o escalonamento da produção do curativo.

Proteção em duas camadas

O modelo-piloto apresenta importantes propriedades, como flexibilidade e elasticidade, além de biodegradabilidade e biocompatibilidade e capacidade de realizar trocas gasosas, que auxiliam no processo de cicatrização da pele.

Estas características vantajosas se devem à composição e ao design das nanofibras poliméricas que compõem o curativo. Elassão formadas por duas membranas produzidas por eletrofiação,cada uma com funções distintas.

Corrêa explica que a camada inferior, que entra em contato com a pele, é composta por uma mistura biodegradável de microfibras de poliácido láctico (PLA) e de borracha natural (BN) contendo o composto bioativo curcumina. “Já a camada superior, exposta ao meio externo, composta apenas por nanofibras de PLA, cumpriu função dupla: fez a proteção da curcumina – contida na camada inferior – contra a fotodegradação e evitou a penetração bacteriana externa”, acrescenta o cientista.

Do tempero ao fármaco

Os vegetais ou parte deles são utilizados desde a Pré-História para fins medicinais. Antes de forma mais empírica e, na sociedade moderna, com pesquisas que tentam entender princípios ativos, de origem vegetal, como os da curcurmina, empregados com sucesso no curativo cutâneo.

Na opinião de Daniel Corrêa, da Embrapa, os curativos que utilizam produtos naturais devem funcionar não apenas como uma barreira física contra microrganismos presentes no ambiente. “Eles também têm a função de prevenir a infecção da ferida, manter um ambiente úmido adequado, permitir a troca gasosa e o transporte de nutrientes, minimizar a dor sofrida pelo paciente, bem como estimular o processo de cicatrização”, detalha.

No entanto, o pesquisador lembra que, mesmo com os grandes avanços nos últimos anos, o desenvolvimento de curativos para feridas com propriedades multifuncionais, incluindo ação anti-inflamatória, antibacteriana e angiogênica (geração de novos vasos sanguíneos), como o proposto na pesquisa, ainda apresenta um dos desafios a serem superados.

Substância responsável pela cor amarelo-alaranjada da cúrcuma ou açafrão-da-terra, a curcumina é utilizada há séculos em culturas orientais e asiáticas. Tem sua origem na Índia, o maior produtor e o maior consumidor, e onde é ícone da culinária local, presente no famoso curry, mas o pigmento já conquistou paladares mundo afora e é usado em diferentes pratos.

No Brasil, o município de Mara Rosa (GO) é considerado a capital do tempero, não só pela qualidade do produto, mas também pelo alto teor de curcumina presente nele. A substância vem despertando o interesse da ciência ocidental pelo potencial de aplicação e versatilidade, que vai desde a indústria alimentícia à área médica, devido às suas propriedades medicinais.

Uso de polímeros combinados

Atualmente cerca de 75 polímeros naturais ou sintéticos são empregados para produção de nanofibras por eletrofiação. Paulo Chagas esclarece que a escolha do polímero ou da combinação de polímeros, como blendas, varia de acordo com sua aplicação, propriedades mecânicas, térmicas e biológicas.

“Entre os polímeros naturais, o látex extraído da seringueira apresenta em sua composição borracha natural, água, proteínas, lipídeos e tem sido bastante empregado como biomaterial devido às suas propriedades físicas, biocompatibilidade, ausência de toxicidade, indução da angiogênese e reparação tecidual. O material vem sendo apontado como um potencial curativo para liberação controlada”, avalia o engenheiro biotecnológico.

Já o PLA é um biopolímero semicristalino ou amorfo, biocompatível e biodegradável, com diferentes aplicações, como uso em embalagens de alimentos, em filtros de ar e liberação controlada de fármacos. É derivado da fermentação de fontes renováveis, como amido de milho, cana-de-açúcar e batata, sendo produzido em larga escala e é considerado como um substituto para certas aplicações de polímeros oriundos de fontes não renováveis.

“Por essas propriedades e características, o PLA tem sido amplamente empregado na produção de nanofibras para liberação de inúmeros compostos como óleos essenciais, agente antibacteriano, entre outros”, acrescenta Chagas.

Versatilidade da técnica de eletrofiação

A técnica de eletrofiação (ES) usada para produzir a membrana bicamada é um método bastante conhecido para fabricar nanofibras poliméricas e compósitas, e que vem demonstrando grande potencial no design de biomateriais diversos, devido à sua simplicidade, custo-benefício e versatilidade.

As nanofibras obtidas por eletrofiação apresentam propriedades mecânicas interessantes, alta porosidade, grande área superficial, possiblidade de escalonamento de produção e de funcionalização antes ou após a produção das nanofibras, além de permitir o encapsulamento de compostos diversos.

Isso permite a manutenção do equilíbrio de umidade na superfície da ferida, permeação de gases e transporte de nutrientes, que são características vitais para o processo de cicatrização de feridas cutâneas. As nanofibras podem ser empregadas em curativos cutâneos, engenharia de tecidos, tratamento de água, sensores, além de veículo para a liberação de inúmeros antibióticos e proteínas.

“Portanto, a abordagem proposta avança na utilização de micro e nanofibras para desenvolver curativos multifuncionais, permitindo a proteção de compostos ativos, como fármacos, antioxidantes, sistemas de fator de crescimento, entre outros, da fotodegradação e prevenção de penetração bacteriana externa na ferida”, diz Corrêa.

Chagas acredita que, a partir desse estudo, novas otimizações podem ser realizadas para obtenção de fibras de menores diâmetros a partir das matrizes poliméricas apresentadas no projeto. Na opinião dele, novos materiais podem ser encapsulados na matriz polimérica visando diferentes propriedades para a melhoria nas propriedades mecânicas e elétricas, afim de atuarem como sensores ou biossensores vestíveis, por exemplo.

“O potencial antioxidante das membranas assimétricas (foto ao lado) desenvolvidas também pode ser investigado visando aplicação como embalagem alimentícia, principalmente por apresentar fotoproteção tanto à curcumina quanto ao alimento embalado”, conclui.

A pesquisa Bilayered electrospun membranescomposedofpoly(lactic-acid)/natural rubber: A strategyagainstcurcuminphotodegradation for wounddressingapplication está retratada em artigo científico publicado no JournalReactive&FunctionalPolymers, da editora Elsevier.