Sabe-se que as interações entre células e o micro ambiente no qual estão inseridas são mediadas por diversos processos de ―bioreconhecimento‖, ligações específicas entre receptores presentes na superfície da membrana celular e ligantes correspondentes. Para tanto, ao entrar em contato com o fluído corpóreo ou meio de cultura, a supefície do biomaterial deve viabilizar o processo de adsorção de proteínas sobre sua superfície, para que então, as células interajam com o biomaterial através de uma camada estável de proteínas adsorvidas e formada sobre a superfície dos mesmos (MA et al., 2007).
A micro estrutura física e composição química da superfície de dispositivos aplicados na Engenharia Tecidual são fundamentais para que uma série de reações a nível celular e molecular ocorram na interface dos biomateriais com tecidos receptores. Alguns parâmetros são freqüentemente avaliados: hidrofilicidade do material, adsorção de proteínas, presença de grupos químicos funcionais e microtopografia (JIAO & CUI, 2007).
Poliésteres alifáticos são amplamente conhecidos por apresentarem adequada biocompatibilidade, cinética de degradação próxima ao tempo da neoformação tecidual, produtos da degradação biocompatíveis e, principalmente, por apresentarem-se não tóxicos. No entanto, a ausência de sítios de reconhecimento natural das células e baixa hidrofilicidade de uma considerável parcela de polímeros atualmente utilizados, têm limitado o sucesso clínico da aplicação dos mesmos quando considerados e inseridos no atual paradigma da biocompatibilidade (GODDARD & HOTCHKISS, 2007; JIAO & CUI, 2007; RATNER, 2007; WILLIAMS, 2009).
Baseado nos princípios e domínios que regem o processo de biorreconhecimento celular, duas estratégias principais na Engenharia de Superfície de biomateriais são adotadas com freqüência. Na primeira, as propriedades da superfície do material, tais como composição química, hidrofilicidade/hidrofobicidade, energia superficial e rugosidade devem ser moduladas a um estado no qual a adsorção de proteínas seja admitida de forma a manter sua atividade biológica normal. Este método, no entanto, pode não induzir um comportamento celular específico, devido à adsorção de proteínas inespecíficas. Na segunda, biomoléculas ou compostos bioativos de origem natural ou sintéticos, são imobilizados à superfície do material no intuito de elicitar uma resposta celular específica (GODDARD & HOTCHKISS, 2007; JIAO & CUI, 2007). Dentre os métodos físicos e químicos de funcionalização da superfície de biomateriais comumente adotados para introduzir grupos funcionais a superfície de poliésteres alifáticos incluem, tratamentos a plasma (ESPOSITO, et al., 2007; LUCCHESI et al., 2008), irradiação ultravioleta (UV) (YANG et al., 2002; MA et al., 2005), hidrólise da superfície, enxertia química de grupos funcionais ( CHENG & THEO, 2004; MA et al., 2005) , adsorção física e imobilização
química de biomoléculas (GODDARD & HOTCHKISS, 2007; JIAO & CUI, 2007; SHEN et
al.,2009).
A inserção de grupos funcionais à superfície de polímeros hidrolíticamente degradáveis através de métodos físicos tais como, tratamento a plasma, irradiação UV ou pela passiva adsorção de grupos funcionais ativos ou macromoléculas estabelece-se através de interações intermoleculares fracas e não específicas, envolvendo ligações de hidrogênio, forças de van der Waals, interações hidrofóbicas e eletrostáticas (CHENG & THEO, 2004). Embora o emprego desses métodos seja amplamente adotado e reconheça-se a eficiência de atuação dos mesmos sobre as respostas celulares, há de se ressaltar que eles apenas promovem uma transitória modificação da superfície do material uma vez que são facilmente removidos na presença de água e ainda, não permitem um total controle sobre a composição, orientação e acessibilidade de macromoléculas sobre a superfície interna e externa do biomaterial (LEE & LAURENCIN, 2008).
Métodos químicos são preferencialmente utilizados no processo de modificação de superfície de materiais poliméricos por promoverem a enxertia de grupos funcionais e imobilização de biomoléculas à superfície do biomaterial através da formação de ligações covalentes. Na área biomédica, essa metodologia tem como intuito prolongar o tempo de vida útil de uma biomolécula bem como, impedir o seu metabolismo (como em compostos que proporcionem atividade anti-tumoral quando aplicados localmente, ao passo que ao serem metabolizados apresentam-se tóxicos), ou ainda, permitirem a manutenção da bioatividade de dispositivos de longa permanência como no caso de dispositivos ortopédicos, vasculares e cateteres (GODDARD & HOTCHKISS, 2007; JIAO & CUI, 2007).
A enxertia de grupos químicos funcionais à superfície de biomateriais através da copolimerização de um monômero ou composto químico cuja estrutura química viabilize a ligação covalente de grupos funcionais de interesse ao biomaterial, têm sido amplamente empregada devido ao baixo custo operacional do método, condições moderadas de reação e
principalmente, por não alterar as propriedades intrínsecas dos polímeros ao passo que preserva a estrutura modificada da superfície (CHENG & THEO, 2004; MA et al., 2007).
A escolha do grupo funcional a ser incorporado à superfície do biomaterial e a forma como o mesmo influenciará a resposta celular dos mais variados tipos celulares tem sido o foco de estudo de vários pesquisadores (KUBIES et al., 2003; CHENG & THEO, 2004; MA et al., 2005; ARIMA & IWATA, 2007; ROACH et al., 2008). Os grupos hidroxila (OH), metil (-CH3), carboxila (-COOH) e amida (-CONH2) podem ser encontrados naturalmente na superfície dos componentes do sistema biológico bem como, na superfície dos receptores transmembrânicos celulares, portanto, a afinidade química de grupos funcionais presentes na superfície do material pelos grupos funcionais característicos de cada tipo celular ou tecido exercerá influência direta sobre as respostas celulares (ROACH et al., 2008).
Materiais cujas superfícies contém grupos metil e hidroxila induzem a propriedade hidrofóbica e hidrofílica, respectivamente. Portanto, os mesmos são geralmente incorporados ao material no intuíto de promover e aumentar as taxas de adesão e proliferação celular através da adsorção de proteínas à superfície do material. O grupo amida e carboxila são carregados negativa e positivamente, respectivamente, sendo que o emprego dos mesmos visa , geralmente, uma atuação direta sobre a manutenção do tipo celular.
Cheng & Theo (2004) avaliaram a influência do grupo funcional amida sobre a citocompatibilidade de fibroblastos cultivados sobre membranas de PCL. Os autores relacionaram a melhora significativa da viabilidade e taxa de adesão celular à presença do grupo funcional amina (-NH2), proveniente do colágeno imobilizado sobre a superfície das membranas de PCL. Os mesmos sugerem que uma fração dos grupos amina presentes na amostra tornam-se carregados positivamente quando em pH fisiológico (característico do meio de cultura), o que permite a melhora da interação das células (carregadas com cargas negativas) e da superfície do material (carregada com cargas positivas) (CHENG & TEOH, 2004). Outros estudos ressaltam ainda, que a presença do grupo amina sobre a superfície de biomateriais poliméricos estimula, significativamente, a síntese e expressão de proteínas da matriz extracelular de células ósseas,
além de promover a mineralização (KESELOWSKY et al., 2004; KESELOWSKY et al., 2005; ROACH et al., 2008).
Macromoléculas naturais tais como proteínas, polissacarídeos, proteoglicanos e seus derivados são conhecidos por atuar como sinalizadores biológicos às células aderentes, sendo portanto, frequentemente imobilizadas sobre a superfície de biomateriais poliméricos no intuito de se obter uma superfície biomimética ativa e osteoindutoras (HERSEL et al., 2003). No entanto, para que ocorra a imobilização covalente de moléculas de proteínas à superfície de biomateriais poliméricos quimicamente inerte , grupos funcionais reativos tais como hidroxila, carboxila e amino devem ser, previamente, introduzidos na superfície do material afim de que atuem como sítios de ligação (MA et al., 2007).
Uma prática comumente empregada nos processos de modificação de superfícies que visem a imobilização de macromoléculas naturais e/ou formação de camadas estáveis de proteínas sobre substratos poliméricos baseia-se na combinação de um ou mais métodos de polimerização enxertiva a reagentes químicos heterobifuncionais que proporcionem a formação de ligações covalente entre a biomolécula de interesse e a superfície funcionalizada (LEE & LAURENCIN, 2008). Cheng & Theo (2004) combinaram tratamento de superfície à plasma com a fotopolimerização enxertiva do ácido acrílico e imobilização de colágeno para modificar a superfície de filmes de PCL, enquanto que Ma et al. (2005) combinaram o método de foto- oxidação e polimerização enxertiva de grupos peróxidos, seguida da copolimerização de ácido acrílico e imobilização de colágeno sobre membranas de PLLA (CHENG & THEO, 2004; MA et
al., 2005).
O princípio da técnica de imobilização de peptídeos sobre a superfície de materiais poliméricos baseia-se na formação de ligações covalentes estáveis entre a terminação nucleofílica de grupos amino, presente nas moléculas de proteínas e grupos funcionais ativados presente na superfície do material (LEE & LAURENCIN, 2008). Para tanto, o grupo funcional carboxila têm sido freqüentemente introduzido sobre a superfície dos poli(-hidróxi ácidos) através da enxertia do ácido acrílico via processos de copolimerização, os quais são ativados pelo uso de um reagente
químico heterobifuncional denominado cloridrato de carbodiimida. Este promove a formação de ligações peptídicas estáveis a partir de grupos ácidos do ácido carboxílico e grupos amina do peptídeo (LEE & LAURENCIN, 2008).