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    Dispositivos médicos implantables reforzados por la modificación de la superficie de próxima generación

    Control de la orientación de péptidos por campo eléctrico. La separación de carga en un extremo del péptido crea un momento dipolar (indicado por elipses) que se alinea con el campo eléctrico y hace girar toda la molécula. Cuando el péptido entra en contacto con la superficie funcionalizada con radicales, se ancla irreversiblemente en esta orientación. Crédito:Universidad de Sydney

    Un descubrimiento realizado por investigadores de la Universidad de Sydney podría respaldar una nueva clase de dispositivos implantables que proporcionan señales biológicas al tejido circundante para una mejor integración con el cuerpo y un riesgo reducido de infección.

    La medicina moderna se basa cada vez más en dispositivos biomédicos implantables, pero su eficacia suele ser limitada debido a una integración fallida con el tejido del huésped o al desarrollo de infecciones intratables. necesitando el reemplazo del dispositivo a través de una cirugía de revisión.

    El equipo del Laboratorio de Física Aplicada del Plasma e Ingeniería de Superficies ha desarrollado técnicas prácticas para guiar y unir péptidos a las superficies; Las simulaciones y experimentos por computadora demostraron el control tanto de la orientación de los péptidos como de la concentración de la superficie, lo cual se puede lograr aplicando un campo eléctrico como el que entrega una pequeña batería doméstica.

    Los hallazgos se publican hoy en Comunicaciones de la naturaleza .

    La autora correspondiente, profesora de Física Aplicada e Ingeniería de Superficies, Marcela Bilek, dijo que los recubrimientos de biomateriales pueden enmascarar los dispositivos implantados e imitar el tejido circundante.

    "El santo grial es una superficie que interactúa de manera fluida y natural con el tejido del huésped a través de la señalización biomolecular, "dijo el profesor Bilek, quien es miembro del Nano Institute de la Universidad de Sydney y del Centro Charles Perkins.

    Se requiere una unión sólida de moléculas biológicas a la superficie del biodispositivo para lograr esto, como lo permiten los procesos únicos de modificación de superficies desarrollados por el profesor Bilek.

    "Aunque las proteínas se han utilizado con éxito en varias aplicaciones, no siempre sobreviven a los duros tratamientos de esterilización e introducen el riesgo de transferencia de patógenos debido a su producción en microorganismos, "Dijo el profesor Bilek.

    Profesor Bilek - junto con el Dr. Behnam Akhavan de la Escuela de Aeroespacial, Ingeniería Mecánica y Mecatrónica y la Facultad de Física y autor principal, candidato a doctorado, Lewis Martin de la Escuela de Física - están explorando el uso de segmentos de proteínas cortos llamados péptidos que, cuando está diseñado estratégicamente, puede recapitular la función de la proteína.

    Martin dijo que el equipo pudo ajustar la orientación de biomoléculas extremadamente pequeñas (de menos de 10 nanómetros de tamaño) en la superficie. "Usamos equipo especializado para realizar los experimentos, pero los campos eléctricos pueden ser aplicados por cualquiera que utilice un kit de electrónica para el hogar, " él dijo.

    El Dr. Akhavan dijo que, asumiendo el apoyo y la financiación de la industria para los ensayos clínicos, Los pacientes podrían disponer de implantes mejorados en un plazo de cinco años.

    "La aplicación de nuestro enfoque abarca desde implantes óseos hasta stents cardiovasculares y vasos sanguíneos artificiales, "Dijo el Dr. Akhavan.

    "Para los dispositivos implantables óseos, por ejemplo, Estas modernas superficies biocompatibles beneficiarán directamente a los pacientes que sufren fracturas óseas. osteoporosis, y cáncer de huesos ".

    Debido a su pequeño tamaño, los péptidos se pueden producir sintéticamente y son resistentes durante la esterilización. La principal dificultad en el uso de péptidos es asegurarse de que estén adheridos a densidades apropiadas y en orientaciones que expongan efectivamente sus sitios activos.

    Usando campos eléctricos aplicados y química amortiguadora, los investigadores descubrieron varias palancas nuevas que controlan la unión de péptidos. La separación de carga en los péptidos crea momentos dipolares permanentes que se pueden alinear con un campo eléctrico para proporcionar una orientación óptima de las moléculas y la cantidad de péptido inmovilizado también se puede ajustar mediante interacciones electrostáticas cuando los péptidos tienen una carga general.

    El documento dijo que este conocimiento se está utilizando para diseñar estrategias para crear una nueva generación de biomoléculas sintéticas.

    “Nuestros hallazgos arrojan luz sobre los mecanismos de inmovilización de biomoléculas que son extremadamente importantes para el diseño de péptidos sintéticos y la biofuncionalización de materiales implantables avanzados, "afirma el periódico.


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