Andaimes Eletrofiados Quitosana-Polietileno Óxido/Fibrinogênio para Liberação Sustentada de PDGF e Cicatrização Acelerada

Resumo

A cicatrização de feridas é um processo multifacetado governado por fatores de crescimento, migração celular e remodelação da matriz extracelular. Embora curativos bioativos tenham avançado, poucos alcançam a prática clínica devido a desafios de entrega. Projetamos um andaime nanofibroso composto por quitosana (QS), óxido de polietileno (PEO) e fibrinogênio (Fb) usando plataforma de eletrofiação de duplo fuso. O compósito QS-PEO/Fb resultante exibiu fibras em escala nanométrica, distribuição uniforme de polímeros e integridade mecânica favorável. A incorporação do fator de crescimento derivado de plaquetas (PDGF) foi alcançada sem perda de bioatividade, e estudos de liberação revelaram perfil bifásico entregando 21,6% de PDGF na primeira hora seguido por liberação sustentada por 48 h. Ensaios de migração de fibroblastos in vitro confirmaram que PDGF liberado do andaime igualou a eficácia de dose única de 50 ng mL⁻¹, enquanto o componente Fb sozinho promoveu modestamente a migração. A taxa de transferência de vapor de água do compósito (≈807 g m⁻² dia⁻¹) e resistência à tração (≈0,3 MPa) alinham-se com padrões clínicos de curativos para feridas. Juntos, esses dados demonstram que andaimes eletrofiados QS-PEO/Fb fornecem plataforma robusta e bioativa para entrega sustentada de fator de crescimento e cicatrização acelerada.

Introdução

Apesar dos avanços no cuidado de feridas, a tradução de curativos bioativos para a clínica permanece limitada. A cascata de cicatrização depende de interação coordenada de citocinas, células imunes e proteínas de matriz. Fatores de crescimento, embora potentes, sofrem de depuração rápida e meia-vida curta, necessitando dosagem repetida que é onerosa para pacientes. Um curativo capaz de entrega sustentada e localizada melhoraria drasticamente resultados e adoção.

PDGF é um agente quimiotático pivotal que mobiliza neutrófilos, monócitos e fibroblastos, e modula deposição de matriz e formação de cicatriz. O gel Regranex® aprovado pelo FDA (2,2 µg cm⁻²) acelera cicatrização em ~30% em úlceras diabéticas, ainda que sua aplicação diária seja inconveniente. Assim, um sistema de liberação sustentada é desejável.

Eletrofiação oferece rota versátil para produzir esteiras nanofibrosas que emulam a matriz extracelular nativa. Polímeros naturais como colágeno, elastina e fibrinogênio têm bioatividade inerente e afinidade por fatores de crescimento. No entanto, fibrinogênio sozinho carece da resistência mecânica requerida para aplicações de curativo de longo prazo. Quitosana, derivado desacetilado de quitina, fornece atividade antimicrobiana e pode ser eletrofiada quando misturada com PEO. A natureza policatiónica de QS complica mistura com Fb carregado negativamente, mas um eletrofiador de duplo bocal supera incompatibilidades eletrostáticas, permitindo formação uniforme de compósito.

Métodos

Materiais

Todos os reagentes (ácido acético, QS, PEO, Fb, HFIP, BSA, DMSO) e linhagens celulares (fibroblastos dérmicos humanos PCS-201-012) foram comprados da Sigma-Aldrich ou ATCC e usados como recebidos. PDGF-BB humano recombinante foi obtido da PeproTech.

Fabricação do Andaime

Soluções QS-PEO (5,5% p/p, QS:PEO = 2:1) foram preparadas em ácido acético 1% com 0,5% BSA e 10% DMSO. Fb foi dissolvido em mistura 1:9 (v/v) HFIP/10× EMEM a 110 mg mL⁻¹. PDGF foi adicionado imediatamente antes da fiação. Eletrofiação de duplo fuso (bomba de seringa NE-1000, agulhas 18-gauge) empregou fluxos de 0,7 mL h⁻¹ (QS-PEO) e 1,0 mL h⁻¹ (Fb), tensões de 28 kV e 22 kV, e mandril rotativo a 25 RPM a 22 cm (QS-PEO) e 12,5 cm (Fb). Varredura realizada por 3 h a 35-45% UR.

Morfologia

Imagens FESEM (Zeiss Sigma VP-40) de amostras revestidas a ouro quantificaram diâmetros de fibras (n = 100 por andaime) via ImageJ. Fibras QS-PEO/Fb média 202 ± 113 nm, mais finas que QS-PEO (270 ± 68 nm) e Fb (351 ± 102 nm) sozinhos.

Química de Superfície

ToF-SIMS (Bi₃²⁺, 30 kV) mapeou íons característicos (CNO⁻, CN⁻, C₂H₅O⁺) em rasters 50 × 50 µm, confirmando distribuição uniforme de QS-PEO e Fb.

Ângulo de Contato com Água

Medido segundo ASTM D7334-08 com 2 µL água destilada. QS-PEO/Fb exibiu ângulo hidrofílico de 61,4 ± 7,6°, intermediário entre QS-PEO (44,2 ± 5,1°) e Fb (115,7 ± 16,2°).

Testes Mecânicos

Testes de tração uniaxial (Instron E3000, 1 mm min⁻¹) em tiras 40 × 25 mm (espessura 94 ± 7 µm) produziram curvas tensão-deformação. QS-PEO/Fb atingiu tensão de pico de 0,31 ± 0,02 MPa, superando Fb sozinho (0,12 ± 0,01 MPa).

Taxa de Transferência de Vapor de Água

WVTR foi determinado segundo ASTM E96 usando dessecantes de gel de sílica; QS-PEO/Fb alcançou 806,5 ± 56,1 g m⁻² dia⁻¹, dentro da faixa clinicamente desejável (≈2.000 g m⁻² dia⁻¹).

Citotoxicidade

Ensaios WST-1 indiretos (ISO 10993-5) por 120 h mostraram ausência de inibição significativa de proliferação a 48 h, embora declínio modesto emergisse a 72 h, provavelmente devido ao grau de acetilação da QS.

Aderência Celular

Coloração Live/Dead e faloidina-DAPI de fibroblastos em superfícies do andaime revelaram morfologia saudável e aderência robusta comparável a controles revestidos com fibronectina.

Degradação

Andaios incubados em FBM (37 °C, 5% CO₂) exibiram perda de massa linear após burst inicial de 1 h, mantendo integridade por ≥48 h.

Liberação de PDGF

ELISA quantificou liberação cumulativa: 1,8 ± 0,7, 4,4 ± 1,8 e 11,4 ± 4,8 ng mg⁻¹ a 2, 4 e 8 µg mL⁻¹ de carregamento, respectivamente. Padrão bifásico liberou 21,6% na primeira hora.

Migração de Fibroblastos

Ensaios de migração ORIS™ demonstraram que eluatos de andaimes carregados com PDGF igualaram migração induzida por dose única de 50 ng mL⁻¹ PDGF, com efeitos sustentados até 48 h. Fb sozinho também promoveu modestamente migração.

Resultados e Discussão

Eletrofiação de duplo fuso fundiu com sucesso QS-PEO e Fb em matriz nanofibrosa homogênea, superando incompatibilidades eletrostáticas. Redução de diâmetro de fibra no compósito é atribuída a aumento de repulsão de jato, estendendo tempo de deposição e induzindo instabilidades de curvatura que produzem fibras mais finas.

Mapeamento ToF-SIMS confirmou composição superficial uniforme, e ângulos de contato com água indicaram superfície hidrofílica que desencoraja adesão bacteriana enquanto suporta adsorção de proteínas. Testes mecânicos mostraram que integração de QS-PEO restaura resistência à tração adequada para curativo de ferida, abordando fraqueza inerente do Fb.

Medidas WVTR colocaram QS-PEO/Fb dentro da janela terapêutica para ambientes de ferida úmida, equilibrando gerenciamento de exsudato e permeabilidade ao oxigênio. Ensaios de citotoxicidade sugeriram que quaisquer concentrações residuais de HFIP ou alta DA de QS foram mínimas; o perfil de segurança biológica do andaime é aceitável para tradução clínica.

Perfis de liberação de PDGF exibiram padrão bifásico desejável: burst inicial entregando ~21% da dose, seguido por liberação controlada e linear sustentando concentrações biologicamente relevantes por 48 h. Esta entrega sustentada nega a necessidade de trocas diárias de curativo requeridas pelo Regranex®, potencialmente melhorando adesão do paciente.

Ensaios funcionais confirmaram que PDGF liberado reteve atividade quimiotática, alcançando migração de fibroblastos equivalente a tratamento de dose única alta. O efeito aditivo das propriedades quimiotáticas intrínsecas do Fb aprimora ainda mais recrutamento celular, sugerindo mecanismo sinérgico.

Conclusão

Andaios nanofibrosos eletrofiados QS-PEO/Fb combinam vantagens antimicrobianas e mecânicas da quitosana com bioatividade do fibrinogênio, enquanto permitem entrega sustentada e funcional de PDGF. Sua arquitetura nanoescalar, WVTR apropriado e robustez mecânica os tornam candidatos promissores para curativos de ferida de próxima geração que podem acelerar recrutamento de fibroblastos e cicatrização sem a inconveniência de aplicações repetidas de fator de crescimento.