Nanobiofabricação de estruturas 3D com nanopartículas de prata antimicrobianas utilizando técnicas manuais e robóticas

Abstract

As nanopartículas metálicas (NPMs) podem ser sintetizadas por rotas químicas, as quais comumente utilizam-se de reagentes tóxicos e geram resíduos prejudiciais à saúde e ao meio ambiente. Uma alternativa é a síntese via rotas verdes, as quais utilizam-se reagentes menos tóxicos e biodegradáveis. Entre as NPMs estão as nanopartículas de prata (AgNPs) que entre outras características, apresentam atividade antimicrobiana. Para a síntese verde de AgNPs podem ser utilizados diferentes tipos de recursos biológicos para a biorredução da prata, como plantas, células e biomoléculas. Além disso, a biofabricação 3D consiste na utilização de materiais biológicos como matéria-prima na produção de miméticos de tecidos e estruturas com propriedades específicas. Já a nanobiofabricação é uma vertente que consiste na utilização de nanomateriais - por exemplo AgNPs - e materiais biológicos - como biopolímeros e células - como insumos na produção de estruturas funcionais. Adicionalmente, um dos desafios na engenharia de tecidos é a produção de estruturas 3D a partir de hidrogéis com atividade antimicrobiana para evitar contaminações de microrganismos em cultivo celular 3D. Sendo assim, o principal objetivo deste trabalho foi a produção de estruturas biopoliméricas contendo AgNPs em sua composição ou imobilizadas em estruturas termoplásticas para avaliação da atividade antibacteriana. As rotas de síntese de AgNPs foram realizadas utilizando extratos de chá preto (CP) e verde (CV) com sachês novos (I) e usados (II). As AgNPs foram caracterizadas por espectrofotometria UV-vis, espalhamento de luz dinâmico (DLS), potencial Zeta e microscopia eletrônica de transmissão (MET). A AgNP (CV) apresentou maior absorbância, indicando maior formação de AgNPs. As medidas das quatro AgNPs, como o Z-average foi entre 80 e 140 nm; o PdI entre 0,3 e 0,4; e o potencial Zeta negativo, com instabilidade incipiente. Ambas AgNPs dos extratos I e II apresentaram atividade antibacteriana contra E. coli em até 50%. No entanto, a AgNP (CP) apresentou concentração inibitória mínima (CIM) em 256 μM. Foram utilizadas as AgNPs de CP e CV do extrato II para a produção de 3 composições de hidrogéis baseados em alginato de sódio. Também foram utilizadas técnicas de escaneamento 3D e fotogrametria para a digitalização 3D de materiais botânicos. Os modelos CAD foram obtidos a partir das técnicas de digitalização 3D para a utilização de um modelo CAD nos processos de fabricação e biofabricação 3D. Posteriormente, utilizou-se técnicas de biofabricação como fiação úmida, gotejamento e bioimpressão 3D e foram produzidas fibras, esferoides e modelos 3D, respectivamente. As estruturas 3D contendo AgNPs apresentaram atividade antibacteriana e foram seccionadas para caracterização de sua estrutura interna por microscopia de luz e microscopia eletrônica de varredura (MEV). As estruturas se demonstraram estáveis, com atividade antibacteriana e estrutura interna favorável à aplicação em cultivo celular 3D. Além disso, as AgNPs de CP e CV do extrato II foram imobilizadas em modelos 3D impressos em termoplástico de ABS. A superfície de termoplástico foi caracterizada utilizando MEV, e apesar das imagens apresentarem indícios de AgNPs imobilizadas, não foi possível observar atividade antibacteriana nos ensaios com os mesmos modelos 3D impressos em termoplástico.