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.

1 Instituto de Química de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos (SP),

2 Universidade 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 menos 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

% A

bso

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.

REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICAS

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(10) BEZERRA, G. P. Estudo Farmacoquímico Bioguiado Pela Atividade Miorrelaxante 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.

Key-words: Collagen, Gelatin, Jatobá Resin