PREPARO E CARACTERIZAÇÃO DE MEMBRANA DE COLÁGENO E GELATINA COM ADIÇÃO DE RESINA DE JATOBÁ
D. L. Nascimento1, V. C. A. Martins1, V. A. S. Vulcani2, A. M. G. Plepis1,3 a. 1Instituto de Química de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos (SP),
2Universidade Federal de Goiás, Campus Jataí, Jataí (GO), Brasil
3Programa de Pós-Graduação Interunidades Bioengenharia, EESC/FMRP/IQSC -
Universidade de São Paulo, São Carlos (SP), Brasil
a Av. Trabalhador São-carlense, 400 - Parque Arnold Schimidt - CEP 13566-590 -
São Carlos, SP, Brasil - e-mail: amplepis@iqsc.usp.br
RESUMO
Neste trabalho se desenvolveu membranas da mistura de colágeno e gelatina com resina de jatobá. O colágeno foi obtido por hidrólise alcalina de serosa porcina, seguido da estabilização e extração em solução de ácido acético. O gel de gelatina foi preparado por dissolução de gelatina comercial em água. As membranas foram caracterizadas através de MEV, TGA e absorção de água. A MEV mostrou que para ambas as concentrações de resina, a membrana vai de uma superfície homogênea para outra rugosa e que tal rugosidade aumenta conforme o aumento de concentração. As curvas termogravimétricas mostraram que a adição da resina junto ao colágeno não altera a temperatura de decomposição, mas diminui a quantidade de água perdida no primeiro estágio (25 – 200oC). Em relação à sua intumescência,
observou-se que todas as amostras hidratam-se com menos de 1 minuto e que a presença da resina diminui a quantidade de água absorvida.
Palavras-chave: Colágeno, gelatina, Resina de Jatobá
INTRODUÇÃO
A pele é o maior órgão do corpo humano, constituindo aproximadamente 16% de seu peso total e apresentando em média 1,8 m2 de área. Ela apresenta diversas
funções como proteção física contra meio ambiente, controle de agentes tóxicos e controle de passagem de água, eletrólitos e várias outras substâncias (1). Ela pode
ser dividida em três camadas estruturais: a epiderme, a derme e a hipoderme. As principais células da epiderme são os queratinócitos, que produzem a queratina e são interconectados por uma rede de proteínas chamadas desmossomos. A derme se encontra logo abaixo da epiderme e é composta por fibroblastos que dão origem ao colágeno, que compõe 70 % de sua camada e promove força e rigidez. Por fim, tem-se a hipoderme, que é composta por tecidos frouxamente conectados e gordura.
Há 30 anos, uma revolução em cuidados médicos começou com a substituição bem sucedida de tecidos pelo desenvolvimento, ou em muitos casos a modificação de materiais elaborados pelos seres humanos para implante a partir de biomateriais devido a sua disponibilidade, reprodutibilidade e confiabilidade (2). Atualmente existe
uma grande variedade de biomateriais e estes podem ser divididos em dois grupos, os sintéticos, que se entende pelos polímeros sintéticos, metais, cerâmicos e compósitos, e os naturais, nos quais fazem parte o colágeno, a elastina, a seda dentre outros (3). Para um biomaterial ser bem sucedido quando aplicado a um
possível reparo tecidual, ele deve contar com certas características, como promover o crescimento celular, ser bem vascularizado e promover um suporte elástico estrutural para a pele. Essas características fazem do colágeno o material ideal para ser utilizado (4).
O colágeno é a proteína mais abundante encontrada no corpo humano, contendo diversas funções biomecânicas nos ossos, tendões e ligamentos e controlando a expressão de gene celular em seus desenvolvimentos (5). Ele é
composto por três cadeias polipeptídicas que formam a hélice tripla com mais de 95% de seus aminoácidos apresentando a conformação Gly-Pro-Hyp. Atualmente, 29 moléculas se classificam como moléculas de colágeno, sendo que dentre elas o colágeno tipo I (também chamado de tropocolágeno) é o mais abundante (6) e pode
se agregar para formar as fibrilas e posteriormente as fibras, que são capazes de orientar os tecidos em formação, além de apresentar alta capacidade de tensão elástica e ser também bastante flexível (7).
Junto ao colágeno, pode-se aliar um composto poderoso para se aumentar ainda mais sua utilidade na área de reparo na pele. A resina de Jatobá apresenta
atividade antimicrobiana, além de ser usada na prevenção e terapia contra câncer e mostrar características anti-inflamatórias e anti-oxidantes (8).
MATERIAIS E MÉTODOS
Materiais
A serosa bruta foi comprada em casa de carnes e a gelatina Sigma Aldrich é do tipo A de pele porcina. A resina é oriunda de árvores adultas da espécie Hymenaea
courbaril, obtida no município de Jataí-GO. Os reagentes e solventes foram de grau
PA e utilizados como tal.
Obtenção do colágeno 1%
A serosa bruta foi lavada, cortada e passou por um tratamento com solução de ácido acético (HAc) 0,5 mol L-1. Após esse procedimento, a serosa foi lavada com
água desionizada e NaOH 0,1 mol L-1 até pH de 6,84.
Preparou-se uma solução básica contendo os sais de cloretos e sulfatos na qual a serosa foi imersa por um período de 72 horas (9). Após esse processo, ela foi
removida, lavada e adicionada a uma solução aquosa dos mesmos cloretos e sulfatos por um período de 6 horas, passando depois por soluções de ácido bórico 3% e EDTA 0,3%. O colágeno foi extraído com uma solução de HAc pH 3,5 e após determinada sua concentração, preparou-se uma solução de 1 %.
Preparação do gel de gelatina 1%
Para se preparar a gelatina 1%, pesou-se 2,0 g da mesma adicionando-se água desionizada. Aqueceu-se o sistema a 60oC por 30 minutos.
Preparação da mistura de colágeno e gelatina 1% (CG11)
Pesou-se quantidades iguais de cada um dos componentes e homogeneizou-se por agitação mecânica por 30 minutos.
Preparação da resina (RES)
A resina foi triturada e peneirada. Em seguida, purificou-se com 5 mL de etanol sob agitação e aquecimento. A seguir ela foi filtrada teve a concentração de sua solução ajustada para 48 mg mL-1 e 96 mg mL-1.
Obtenção da mistura de colágeno/gelatina/resina
A uma quantidade da mistura de colágeno e gelatina foi adicionado a solução de resina com concentração de 48 mg mL-1 sob agitação mecânica e temperatura
ambiente. Essa mistura foi denominada de CG11R48. De maneira similar foi feita a mistura utilizando-se uma solução de resina com concentração de 96 mg mL-1 que foi denominada de CG11R96.
Microscopia eletrônica de varredura (MEV)
As fotomicrografias das superfícies membranas foram obtidas após serem coladas em stubs por fita condutora de carbono e recobertas com uma fina camada de ouro de 6 nm de espessura em um metalizador Coating System BAL-TEC MED 020 (BAL-TEC, Liechtenstein) com pressão na câmara de 2,00 x10-2 mbar, corrente
de 60 mA e taxa de deposição de 0,60 nm s-1. Utilizou-se o equipamento ZEISS LEO
440 (Cambridge, England) com detector OXFORD (model 7060), operando com feixe de elétrons de 20 kV.
Termogravimetria (TG)
Utilizou-se amostras de aproximadamente 10 mg em atmosfera de ar sintético com variação de temperatura de 25 a 800oC e razão de aquecimento de 10oC min-1
em um equipamento TGA Q-50 (TA Instruments).
Absorção de água
Amostras de 2 a 5 mg foram mergulhadas em água desionizada a temperatura de 25oC e em tempos pré-determinados foram removidas, o excesso de água
retirado com papel de filtro e pesadas. A equação (A) foi utilizada para o cálculo da quantidade absorvida .
(A)
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Tanto CG11R48, quanto CG11R96 apresentaram uma coloração mais amarelo-esbranquiçada quando comparada com CG11 e, dependendo da concentração, mais ou menos pontos brancos estavam distribuídos pela sua superfície (Figura 1)
Figura 1 – Foto digital das membranas. Microscopia eletrônica de varredura (MEV)
Ao observar a Figura 2, nota-se pelas imagens que a superfície do material tornou-se rugosa com a adição de resina de Jatobá, rugosidade que apresenta um aumento com o aumento da concentração da resina presente.
Figura 1 - Fotomicrografias com ampliação de 200x de A: CG11, B: CG11R48 e C: CG11R96.
Termogravimetria (TG)
A estabilidade térmica das membranas e da resina foi avaliada pelas curvas TG mostradas na Figura 3.
Figura 3 - Curvas TG para as várias amostras analisadas, sendo (―) CG11, (―)
RES, (―) CG11R48, (―) CG11R96.
Todo o processo de perda de massa, no caso das membranas, pode ser dividido em três fases. A primeira consiste na perda de água estrutural e absorvida das amostras entre as temperaturas de 25 a 200oC. A segunda fase consiste na
decomposição térmica do colágeno e gelatina e compreende a região de 200 a 500oC. A partir dos 500oC, a terceira fase, está relacionada a carbonização dos
materiais. No caso da resina, a curva TG mostrou 4 fases: a primeira também compreendendo a perda de água estrutural e absorvida entre as temperaturas de 25 e 200oC, a segunda fase de 200 a 370oC, a terceira de 370 a 450oC, com essas
duas últimas sendo referentes a degradação/decomposição dos componentes da resina e por fim a última fase vai de 450oC em diante, que foi devido a carbonização
do material. A Tabela 1 mostra a quantidade de perda de massa em cada fase para as membranas e para a resina.
Tabela 1 - Porcentagem de perda de massa nas diferentes fases para cada uma das membranas e para a resina.
Amostra
Porcentagem de massa perdida
25-200oC 200-500oC 500-700oC CG11 20,5 50,4 27,6 CG11R48 13,3 60,3 25,0 CG11R96 11,4 61,1 23,9 RES 200-370oC 370-450oC 450-700oC 1,4 21,0 57,9 19,5
Na primeira fase, a membrana CG11 sofreu uma maior perda de seu valor total e a resina sofreu pouca influência do aumento da temperatura, o que já era de se esperar devido a sua composição química que apresenta apenas uma pequena porção de seus componentes capazes de absorver água (10), sugerindo que a resina
de jatobá pode alterar as interações das misturas de colágeno e gelatina, tornando-os mentornando-os susceptíveis a incorporação de água em seu meio. Adicionalmente, conforme aumentou-se a concentração de resina na membrana, a perda de água foi menor, mas ambas as membranas com resina tiveram uma perda próxima. Na segunda fase, por volta de 300oC, começa-se a notar uma perda acentuada por
parte das membranas. Verificar-se que as membranas que contém resina na mistura apresentam uma queda mais rápida quando comparada com a sem resina. Isto é por conta da própria resina que tem um decaimento abrupto de sua massa proveniente da degradação/decomposição de seus compostos orgânicos. Na fase 3 da perda de massa, as três membranas comportam-se praticamente da mesma maneira devido à curva da resina demonstrar uma total carbonização de seu material a temperaturas menores a esta.
Absorção de água
As fotos digitais na Figura 4 mostram membranas antes e depois do processo de intumescimento.
Figura 4 - Fotos de membranas antes (A) e após (B) o intumescimento.
Com base nas fotos digitais verifica-se que para a membrana CG11 ocorre o intumescimento com um pequeno aumento de tamanho e um aumento na transparência, enquanto que para as membranas CG11R48 e CG11R96 ocorre um maior aumento de tamanho com grande aumento na opacidade. A Figura 5 mostra as curvas de intumescimento para as membranas.
0 5 10 15 20 25 0 50 100 150 200 250 300 0 5 10 15 20 25 0 50 100 150 200 250 300 0 5 10 15 20 25 0 50 100 150 200 250 300 % Ab so rça o Tempo / (min)
Figura 5 - Curvas de intumescimento para as membranas: () CG11; (■) CG11R48 e (▲) CG11R96.
Observa-se, primeiramente, que todas as membranas atingem um patamar de intumescimento muito rapidamente. Para o tempo de 10 minutos, a quantidade de
água absorvida a mais da CG11, quando comparada com a CG11R48 foi de 1,75 vezes, enquanto que em relação à CG11R96 foi de 2,15 vezes, indicando que de fato a resina atua nas misturas de modo a diminuir a interação das moléculas de água com elas e este efeito é mais pronunciado conforme se aumenta sua concentração.
CONCLUSÃO
Para todas as membranas constatou-se que a resina atua de modo a influenciar as interações das misturas de colágeno e gelatina diminuindo a quantidade de água incorporada por elas. Conforme se aumenta sua concentração, há um aumento tanto na rugosidade da superfície das membranas, quanto de seus caráteres hidrofóbicos.
As membranas de colágeno e gelatina com adição de resina de Jatobá apresentaram características que podem ser empregadas no reparo da pele. Sabe-se que para a aplicação de colágeno para liberação controlada de fármacos in vivo, uma maior hidrofilicidade pode acelerar a permeabilização de água e promover uma difusão mais eficiente de fármacos na membrana. Assim sendo, seria mais interessante se considerar o uso da membrana com adição da resina como a descrita para CG11R48. Contudo, se a finalidade fosse utilizar uma membrana para a retenção de líquidos e fármacos junto a um tecido, fazendo com que não houvesse dispersão, a membrana mais interessante seria a que tem maior concentração da resina, CG11R96 devido a sua maior hidrofobicidade.
AGRADECIMENTOS
Aos que disponibilizaram seus espaços, equipamentos e materiais para que se pudesse realizar esse trabalho: Profª Dra. Agnieszka Joanna Pawlicka Maule, Dra. Débora Gonçalvez.
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Do Extrato Etanólico Das Cascas Do Caule De Hymenaea Courbaril L. (Jatobá). 2013. 128 f. Tese (Mestre em Ciências Farmacêuticas) – Departamento de Farmácia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza.
PREPARATION AND CHARACTERIZATION OF COLLAGEN AND GELATIN MEMBRANES WITH THE ADDITION OF JATOBÁ’S RESIN
ABSTRACT
It has been developed a membrane derived from the mixture of collagen, gelatin and Jatobá Resin. Collagen was obtained by alkaline hydrolysis of porcine serosa,
followed by stabilization and extraction in acetic acid solution. Gelatin gel was prepared by the dissolution of commercial gelatin in water. The membranes were characterized by MEV, TGA and water absorption. The MEV analysis revealed that for both resin concentrations the membrane changes its surface from homogeneous to rugose and this effect is increased as the concentration rises. The TGA curves displayed that the addition of resin on the mixture does not alter its decomposition temperature, but it decreases the water quantity lost at the first stage (25-200oC).
Regarding its intumescence, it was observed that all the samples became hydrated with less than a minute and that the presence of resin decreased the quantity of water absorbed.
