Preparation and characterization of micro and nanostructured materials containing silk fibroin combined with other biocompatible polymers for contact with cells

Neste estudo, a fibroína de seda foi explorada no preparo de materiais micro e nanoestruturados, em estruturas bi- e tridimensionais, visando o uso em biomateriais. Para isto, foi estudada a incorporação de microfibras de fibroína em hidrogéis de colágeno, formando uma estrutura 3D, e a formação de filmes ultrafinos contendo fibroína pelo método layer-by-layer. No primeiro caso, a fibroína de seda foi explorada como um material promissor para reforçar mecanicamente os hidrogéis de colágeno devido às suas ótimas propriedades mecânicas e também por apresentar citocompatibilidade adequada com diversos tipos de células. Os resultados mostraram uma boa interação entre as microfibras de fibroína e as fibrilas de colágeno, além de melhorias na resistência mecânica dos hidrogéis. Os hidrogéis contendo fibroína foram capazes não somente de manter o desempenho biológico do colágeno, mas de melhorar a proliferação celular. Os resultados obtidos sugerem que hidrogéis de colágeno podem ser microestruturados com fibroína de seda e representam um material promissor para uso em engenharia tecidual vascular. Já para o caso dos filmes ultrafinos (2D), foi estudada a formação dos mesmos através do método conhecido como layer-by-layer, pela técnica de imersão de substrato em solução polimérica. Como pares catiônicos foram estudados a quitosana e o hidrocloreto de poli(alilamina), sendo possível controlar a formação de fibrilas nanométricas de fibroína de seda através da variação do par polimérico. Fibrilas alinhadas de fibroína foram observadas no filme layer-by-layer com quitosana, porém no filme com hidrocloreto de poli(alilamina) não foram observadas fibrilas. A densidade de cargas do par polimérico é a característica que governa a formação de fibrilas na escala nanométrica. A etapa de secagem entre cada camada também é fundamental para a formação e estabilização dos filmes, que apresentaram coexistência de conformação molecular seda I e seda II. A viabilidade celular permaneceu entre 90 e 100% em todos os filmes estudados, porém o padrão de topografia imposto pelas fibrilas de fibroína não orientou o crescimento e adesão celular. Filmes finos multicamadas nanoestruturados com fibroína de seda possuem aplicação potencial na área biomédica, como recobrimentos e superfícies funcionais.In this study, silk fibroin was explored in the preparation of micro and nanostructured materials, in bi- and tridimensional structures, aiming the use in the biomaterials field. For that, the incorporation of fibroin microfibers in collagen hydrogels forming a 3D structure was studied. We also studied the formation of ultrathin films containing fibroin by the layer-by-layer method. In the first case, the silk fibroin was explored as a promising material to mechanically reinforce collagen hydrogels due to its good mechanical properties and also for having cytocompatibility adequate with several cell types. The results showed a good interaction between fibroin microfibers and collagen fibrils, as well as improvements in the mechanical resistance of the hydrogels. The hydrogels containing fibroin were capable to maintain the biological behavior of collagen and also to improve cell proliferation. The results suggest that collagen hydrogels can be microstructured with silk fibroin and represent a promising material for use in vascular tissue engineering. In the case of the ultrathin films (2D), the formation of these films was studied by the layer-by-layer method, using the technique of substrate dipping in a polymeric solution. Chitosan and poly (allylamine hydrochloride) were used as cationic pair species, being possible to control the formation of nanometric fibrils of fibroin by varying the polymeric pair. Fibroin aligned fibrils were observed in the layer-by-layer film with chitosan, while no fibrils were observed in the film with poly (allylamine hydrochloride). The charge density of the polymeric pair is the main characteristic that governs the fibrils formation at the nanometric scale. The drying step between each layer is also essential for formation and stabilization of the films that show the co-existence of molecular conformation of silk I and silk II. Cell viability between 90 and 100% was attained for all the studied films; however the topographic pattern imposed by the fibroin fibrils did not orient cell adhesion and growth. Multilayer thin films nanostructured with silk fibroin have potential for application in the biomedical field, as coatings and functional surfaces