Supramolecular design of biomimetic self-assembling silk sericin/chitosan multilayered biomaterials for biomedicine

Os biomateriais à base de seda, proveniente dos casulos Bombyx mori, têm sido amplamente aplicados em Engenharia de Tecidos (TE). Contudo, embora a Fibroína da Seda (SF) seja amplamente aceite como um biomaterial seguro, a Sericina da Seda (SS) tem sido negligenciada precocemente devido à sua potencial resposta imune no corpo. Contudo, estudos recentes têm demonstrado as propriedades de biodegradabilidade, biocompatibilidade, antimicrobiana, antioxidante e anticoagulação da SS e sua aplicabilidade em fins médicos. Neste trabalho propõe-se o desenho molecular racional, o desenvolvimento e a caracterização extensiva ao nível das propriedades físico-químicas e análise morfológica de um novo filme supramolecular à base de SS/quitosano (SS/CHT). A combinação da proteína SS com o biopolímero CHT de carga oposta permite desenvolver biomateriais inovadores com novas propriedades e funcionalidades aprimoradas que vão muito além das dos componentes individuais. Como tal, a estrutura secundária, a morfologia e a microestrutura do sistema SS/CHT foram primeiramente avaliadas por dicroísmo circular (CD) e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) acoplada a um acessório de reflexão total atenuada (ATR), difração de raios-X (XRD), microscopia eletrónica de transmissão (TEM) e microscopia eletrónica de varrimento (SEM), denotando a formação de estruturas secundárias de folhas β e de uma rede de fibras no sistema SS/CHT. De seguida, o possível crescimento de filmes multicamadas supramoleculares à base de SS/CHT foi avaliado pela microbalança de cristal de quartzo com monitorização de dissipação de energia (QCM-D), e as propriedades físico-químicas e morfológicas estudadas por ATR-FTIR e espectroscopia Raman, ângulo de contato com a água (WCA), SEM e microscopia de força atómica (AFM), revelando a formação de filmes finos multicamadas com uma estrutura fibrilar. Por fim, estudos preliminares in vitro foram efetuados com uma linha celular de préosteoblastos de rato (MC3T3-E1) em filmes LbL não reticulados e reticulados com genipina, esta revelando uma melhoria ao nível da adesão celular. Embora estes testes tenham sido efetuados para averiguar as potencialidades dos filmes multicamadas para aplicações biomédicas, estudos adicionais devem ser efetuados para tecer considerações inequívocas sobre o potencial dos filmes multicamadas à base de SS/CHT para aplicações biomédicas.

Silk-based biomaterials, from Bombyx mori cocoons have been widely applied for Tissue Engineering (TE). However, while Silk Fibroin (SF) is widely accepted as a safe biomaterial, the Silk Sericin (SS) has been early neglected due to its immune response in the body. Although, recently studies have been demonstrating the biodegradability, biocompatibility, antimicrobial, antioxidant, and anticoagulation properties of SS. In this work is proposed the rational molecular design, development, and in-depth physicochemical and morphological characterization of a novel SS/Chitosan (SS/CHT) supramolecular film. Thereby, the combination of the SS protein with the oppositely charged CHT biopolymer has gained increasing interest due to the possibility to develop innovative biomaterials with new properties and enhanced functionalities that go far-beyond those of the individual components. As such, the secondary structure, morphology and microstructure of the SS/CHT co-assembled system was firstly assessed by circular dichroism (CD) and attenuated total reflection-Fourier Transform Infrared (ATR-FTIR) Spectroscopy, X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), and scanning electron microscopy (SEM), denoting the formation of β-sheet secondary structures and entangled fiber networks in the SS/CHT co-assembled system. Then the possible build-up of SS/CHT supramolecular multilayered films was assessed by the quartz crystal microbalance with dissipation monitoring (QCM-D), and the physicochemical and morphological properties studied by ATR-FTR and Raman spectroscopy, water contact angle (WCA), SEM, and AFM, revealing the formation of multilayer thin films with a fibrillar network structure. Lastly, preliminary in vitro cell culture studies were attempted with MC3T3-E1 mouse preosteoblast model cell line on uncross-linked and genipin cross-linked LbL films, revealing an improved. Although these tests were done to evaluate the potentialities of multilayer film for biomedical applications, further studies should be conducted to make clear considerations on the potential of SS / CHT based multilayer films for biomedical applications.