Modificacao de superficies

2008/2009
Interacção célula/material
Encontros imediatos
Topografia
Química de superfície
Hidrofobicidade/hidrofilicidade
Via metabólica de sinalização - apoptosis
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
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
FERIDA
TEMPO
Segundos/minutos
Horas
Interacção sangue-biomaterial
⇓
Formação provisória de matriz
⇓
Inflamação aguda
Dias
⇓
Inflamação crónica
⇓
Granulomas
⇓
Reacção corpo estranho
Semanas
⇓
Fibrose/Formação de cápsula
fibrosa
A desnaturação
de uma única proteína
pode desencadear
a cascata de
coagulação
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”
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
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)
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
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
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”)
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
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
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
O QUE É?
O QUE É?
O QUE É?
O QUE É?
Como?
FILME RETIRADO DEVIDO AOS DIREITOS DE AUTOR
Fenómenos à escala atómica que afectam a
nucleação e o crescimento
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.