PT107426B - SILK FIBROIN DERIVATIVE HYDROGENS: METHODS AND THEIR APPLICATIONS - Google Patents

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Inventor
Rui Luís Gonçalves Dos Reis
Leping Yan
Ana Leite De Almeida Monteiro De Oliveira
Joaquim Miguel Antunes De Oliveira
Diana Ribeiro Pereira
Cristina Correia
Rui Pedro Romero Amandi De Sousa
Original Assignee
Ass For The Advancement Of Tissue Engineering And Cell Based Technologies And Therapies A4Tec
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Abstract

ESTA INVENÇÃO REFERE-SE A UM HIDROGEL DE FIBROÍNA DE SEDA RETICULADO POR INTERMÉDIO DE UMA PEROXIDASE E COMPOSIÇÕES ADEQUADAS PARA APLICAÇÕES DE ENGENHARIA DE TECIDOS E MEDICINA REGENERATIVA OU COMO SISTEMAS DE LIBERTAÇÃO DE AGENTES TERAPEUTICOS. AS SOLUÇÕES AQUOSAS DE FIBROÍNA DE SEDA SÃO CAPAZES DE FORMAR HIDROGÉIS, NA PRESENÇA DE PEROXIDASE E PERÓXIDO A TEMPERATURAS MODERADAS/INTERVALO DE PH. O PROCESSO DE GELIFICAÇÃO PERMITE A COMBINAÇÃO DE CÉLULAS HUMANAS E ANIMAIS E/OU AGENTES TERAPEUTICOS, REAGENTES, AGENTES DE DETECÇÃO BIOACTIVOS E SUAS COMBINAÇÕES. OS DESEMPENHOS FÍSICO-QUÍMICOS E BIOLÓGICOS DA MATRIZ PODEM SER AJUSTADOS PARA APLICAÇÕES ESPECÍFICAS, UTILIZANDO DIFERENTES FORMULAÇÕES E AS CONDIÇÕES DE REACÇÃO. EM TERMOS ESTRUTURAIS A MATRIZ PODE APRESENTAR DIFERENTES CONFORMAÇÕES ESPACIAIS ATRAVÉS DA IMERSÃO EM SOLVENTES ORGÂNICOS OU OUTROS TRATAMENTOS. A MATRIZ PODE SER UTILIZADA QUER COMO UM SISTEMA ACELULAR OU CELULAR E PRODUZIDA MANUALMENTE OU AUTOMATICAMENTE ATRAVÉS DE INJECÇÃO, PODENDO AINDA O PROCESSO DE RETICULAÇÃO OCORRER DIRECTAMENTE NO LOCAL DE APLICAÇÃO. PODE TAMBÉM SER PROCESSADA EM DIFERENTES FORMAS/ESTADO, TAIS COMO BIOADESIVOS, HIDROGEIS, FIBRAS, DISCOS, MEMBRANAS E MICRO/NANO PARTÍCULAS.This invention relates to a Silicate Fibroin Hydrogel intersected by a peroxide derivative and suitable compositions for application of tissue engineering and regenerative medicine or as systems for the release of therapeutic agents. THE SILK FIBROIN AQUEOUS SOLUTIONS ARE ABLE TO FORM HYDROGES IN THE PRESENCE OF PEROXIDASE AND PEROXIDE AT MODERATE TEMPERATURES / INTERVAL OF PH. The gelation process allows the combination of human and animal cells and / or therapeutic agents, reagents, bioactive agents and combinations thereof. THE PHYSICAL-CHEMICAL AND BIOLOGICAL PERFORMANCE OF THE MATRIX MAY BE ADJUSTED FOR SPECIFIC APPLICATIONS, USING DIFFERENT FORMULATIONS AND REACTION CONDITIONS. IN STRUCTURAL TERMS THE MATRIX CAN PRESENT DIFFERENT SPACIAL CONFORMATIONS THROUGH IMMERSION IN ORGANIC SOLVENTS OR OTHER TREATMENTS. THE MATRIX MAY BE USED AS WELL AS A CELLULAR OR CELLULAR SYSTEM AND MANUALLY OR AUTOMATICALLY PRODUCED THROUGH INJECTION, STILL THE RETICULATION PROCEDURE MAY OCCUR DIRECTLY AT THE APPLICATION SITE. MAY ALSO BE PROCESSED IN DIFFERENT FORMS / STATE, SUCH AS BIOADHESES, HYDROGEES, FIBERS, DISCS, MEMBRANES AND MICRO / NANO PARTICLES.

Description

DESCRIÇÃODESCRIPTION

HIDROGÉIS DERIVADOS DA FIBROÍNA DA SEDA: MÉTODOS ESILK FIBROINE DERIVATIVE HYDROGELS: METHODS AND

RESPECTIVAS APLICAÇÕESITS APPLICATIONS

Objeto da invençãoObject of the invention

A presente invenção relaciona-se com o desenvolvimento de hidrogéis à base de fibroina de seda, reticulados por peroxidase. Os métodos de preparação de soluções aquosas concentradas de seda e hidrogéis de fibroina de seda, em diferentes condições, são apresentados. Os hidrogéis fibroina de seda podem ser formados num passo único sendo que a gelificação ocorre sob condições próxims das fisiológicas. A reticulação pode ser realizada manual ou automaticamente in-situ. Os hidrogéis de fibroina de seda reticulados enzimaticamente apresentam um desempenho controlado e permitem o encapsulamento de células e/ou agentes terapêuticos, material genético, agentes bioactivos, agentes de detecçõ e direccionamento, moléculas condutoras ou materiais inorgânicos, proporcionando sistemas versáteis que podem ser usados como matriz biodegradável em sistemas acelulares e celulares para aplicações de engenharia de tecidos e medicina regenerativa ou como sistemas de libertação de fármacos, bioadesivos, de enchimento, revestimentos para melhorar o funcionamento de um dispositivo médico, ou outras aplicações farmacêuticas ou médicas.The present invention relates to the development of peroxidase crosslinked silk fibroin hydrogels. Methods of preparing concentrated aqueous silk solutions and silk fibroin hydrogels under different conditions are presented. Silk fibroin hydrogels can be formed in a single step with gelation occurring under close physiological conditions. Crosslinking can be performed manually or automatically in situ. Enzymatically crosslinked silk fibroin hydrogels exhibit controlled performance and allow encapsulation of cells and / or therapeutic agents, genetic material, bioactive agents, detection and targeting agents, conductive molecules or inorganic materials, providing versatile systems that can be used as biodegradable matrix in acellular and cellular systems for tissue engineering and regenerative medicine applications or as drug delivery, bioadhesive, filler, coatings systems to improve the operation of a medical device, or other pharmaceutical or medical applications.

Domínio TécnicoTechnical Domain

A presente invenção refere-se a hidrogéis à base de fibroina de seda reticulados por peroxidase, que são capazes de ser produzidos a temperaturas e pH próximos do fisiológico. Os hidrogéis de fibroina de seda enzimaticamente reticulados possuem um desempenho controlado e permitem a agentes terapêuticos e bioactivos, agentes de encapsulação de células e/ou material genético, agentes detecção e direccionamento, moléculas condutoras ou materiais inorgânicos, proporcionando sistemas versáteis que podem ser usados como uma matriz biodegradável em sistemas acelulares e celulares para aplicações em engenharia de tecidos e medicina regenerativa ou como sistemas de libertação, bioadesivos e material de preeenchimento, revestimentos para melhorar a função de dispositivos médicos, em electrónica e optoelectrónica, ou outras aplicações farmacêuticas ou médicas. Os métodos de preparação de hidrogéis de fibroína de seda reticulados por peroxidase são aqui apresentados. 0 sistema é biocompatível e capaz de ser aplicado manual ou automaticamente e para polimerizar in-situ.The present invention relates to peroxidase crosslinked silk fibroin hydrogels which are capable of being produced at temperatures and pH close to physiological. Enzymatically cross-linked silk fibroin hydrogels have controlled performance and enable therapeutic and bioactive agents, cell and / or genetic material encapsulation agents, detection and targeting agents, conductive molecules or inorganic materials, providing versatile systems that can be used as a biodegradable matrix in cell and cellular systems for tissue engineering and regenerative medicine applications or as release systems, bioadhesives and filler, coatings for enhancing the function of medical devices, in electronics and optoelectronics, or other pharmaceutical or medical applications. Methods for preparing peroxidase cross-linked silk fibroin hydrogels are presented herein. The system is biocompatible and capable of being applied manually or automatically and for in situ polymerization.

Estado da ArteState of art

Os hidrogéis apresentam propriedades atractivas para a sua utilização em aplicações de engenharia de tecidos, medicina regenerativa, e sistemas de libertação controlada de fármacos uma vez que: (i) incham e reteêm grandes quantidades de água, (ii) mimetizam os tecidos naturais, (iii) podem apresentar propriedades mecânicas ajustáveis, (iv) possuem uma velocidade de biodegradação que pode ser ajustada, (v) podem ser aplicados através de procedimentos minimamente invasivos (por exemplo, injecção). Desta forma, os hidrogéis proporcionam um microambiente altamente hidratado, semelhante à matriz extracelular. Podem ser injectados e posteriormente reticulados in situ permitindo o encapsulamento de células e preservação/indução de um determinado fenótipo. Um hidrogel injectável deve também apresentar um mecanismo de transição sol-gel adequado para fins clínicos, isto é, deve ser líquido para facilitar a injecção e a distribuição homogénea de células, e ao mesmo tempo ser capaz de rapidamente gelificar após implantação sob condições fisiológicas (por exemplo, pH e temperatura).Hydrogels have attractive properties for their use in tissue engineering, regenerative medicine, and controlled drug delivery systems as they: (i) swell and retain large amounts of water, (ii) mimic natural tissues, ( (iii) may have adjustable mechanical properties, (iv) have an adjustable biodegradation rate, (v) may be applied by minimally invasive procedures (eg injection). Thus, hydrogels provide a highly hydrated microenvironment, similar to the extracellular matrix. They can be injected and further cross-linked in situ allowing cell encapsulation and preservation / induction of a given phenotype. An injectable hydrogel must also have a clinically suitable sol-gel transition mechanism, ie it should be liquid to facilitate injection and homogeneous cell distribution, while being able to rapidly gel after implantation under physiological conditions ( e.g. pH and temperature).

Esta combinação única de caracteristicas, para além da capacidade de ajustar a sua velocidade de degradação in vivo, torna-os também úteis em aplicações pressupondo libertação controlada de fármacos ou como bioadesivos.This unique combination of features, in addition to the ability to adjust their rate of degradation in vivo, also makes them useful in applications assuming controlled release of drugs or as bioadhesives.

Até agora, vários métodos têm sido usados para preparar hidrogéis injectáveis, tais como: (i) sistemas de reticulação físicos (tais como aqueles baseados em interacções iónicas, estéreo complexação e interacções hidrofóbicas como no caso de hidrogéis termo-sensíveis), e (ii) sistemas de reticulação químicos (usando fotopolimerização e reações enzimáticas). Embora os sistemas físicos de reticulação tenham várias vantagens, tais como a formação de um hidrogel em condições pouco agressivas, apresentam também importantes desvantagens, tais como uma fraca estabilidade e reduzidas propriedades mecânicas. Os sistemas de reticulação por vi química têm várias vantagens, incluindo elevadas propriedades mecânicas e elevada estabilidade do hidrogel. No entanto, os resíduos tóxicos de foto-iniciadores ou solventes orgânicos utilizados, são muitas vezes responsáveis por reduzida biocompatibilidade e citotoxicidade dos hidrogéis.To date, various methods have been used to prepare injectable hydrogels, such as: (i) physical cross-linking systems (such as those based on ionic interactions, stereo complexation and hydrophobic interactions as in the case of thermosensitive hydrogels), and (ii ) chemical crosslinking systems (using photopolymerization and enzymatic reactions). While physical crosslinking systems have several advantages, such as hydrogel formation under mildly aggressive conditions, they also have important disadvantages such as poor stability and reduced mechanical properties. Chemical crosslinking systems have several advantages, including high mechanical properties and high hydrogel stability. However, the toxic residues of photoinitiators or organic solvents used are often responsible for the reduced biocompatibility and cytotoxicity of hydrogels.

Recentemente, as metodologias de reticulação enzimáticas têm emergido como uma via alternativa para ultrapassar as dificuldades associadas aos métodos mais convencionais de reticulação química. Diferentes hidrogéis teêm sido obtidos por reacções de reticulação utilizando peroxidase de rábano (horseradish peroxidase-HRP) como catalisador. 0 HRP é uma hemoproteina de cadeia única do tipo b que catalisa o acoplamento dos derivados de fenol ou anilina por meio da decomposição de peróxido de hidrogénio (H2O2) . Vários polímeros sintéticos e naturais funcionalizados com tiramina, tirosina (também conhecido como 4hydroxifenilalanina) e grupos laterais aminofenol estão actualmente em desenvolvimento para formar hidrogéis in situ utilizando esta estratégia. Os exemplos incluem: alginato reticulado por HRP com grupos fenólicos (Sakai, et al Acta Biomaterialia,Recently, enzymatic crosslinking methodologies have emerged as an alternative route to overcome the difficulties associated with more conventional chemical crosslinking methods. Different hydrogels have been obtained by crosslinking reactions using horseradish peroxidase-HRP as a catalyst. HRP is a type b single chain hemoprotein that catalyzes the coupling of phenol or aniline derivatives by decomposition of hydrogen peroxide (H 2 O 2 ). Several synthetic and natural polymers functionalized with tyramine, tyrosine (also known as 4hydroxyphenylalanine) and aminophenol side groups are currently under development to form hydrogels in situ using this strategy. Examples include: HRP crosslinked alginate with phenolic groups (Sakai, et al Acta Biomaterialia,

2007, 3:495-501.), conjugados dextrano-tiramina (Jin et ai2007, 3: 495-501.), Dextran-tyramine conjugates (Jin et al

Biomaterials, 2007, de ácido floretico com enxertos de quitosano (jin, et al.Biomaterials, 2007, of floretic acid with chitosan grafts (jin, et al.

Biomaterials, 2009, :25442551), conjugados de ácido hialurónico-tiramina (Kurisawa, et al. Chemical Communications, 2005, 14:4312-4314), conjugados de ácido poliaspártico com cada um dos três grupos laterais aromáticos (Sofia, et al. Jornal of Macromolecular Science Parte A, 2002, A39:1151-1181) , péptidos contendo tirosina (Gly-Tyr-Gly) (Oudgenoeg, et ai.Biomaterials, 2009: 25442551), hyaluronic acid tyramine conjugates (Kurisawa, et al. Chemical Communications, 2005, 14: 4312-4314), polyaspartic acid conjugates with each of the three aromatic side groups (Sofia, et al. Journal of Macromolecular Science Part A, 2002, A39: 1151-1181), tyrosine-containing peptides (Gly-Tyr-Gly) (Oudgenoeg, et al.

Journal of Agrícultural and Food Chemistry, 2001, 49:25032510), a proteína de caseína alimentar (Li, et al. jornalJournal of Agricultural and Food Chemistry, 2001, 49: 25032510), the food casein protein (Li, et al.

Africano da biotecnologia,African biotechnology,

2009,2009,

8:5508-5515), tirosina contendo um marcador peptídico (Minamihata, et al.8: 5508-5515), tyrosine containing a peptide marker (Minamihata, et al.

Bioconjugate Chemistry, 2011, 22:74-81).Bioconjugate Chemistry, 2011, 22: 74-81).

Estes sistemas apresentam várias vantagens, tais como biocompatibilidade e fácil controlo da taxa de reacção sob condições pouco agressivas, imitando os processos biológicos de reticulação. Além disso, podem obter-se propriedades mecânicas ajustáveis através da variação da concentração de H2O2, tal como tem sido demonstrado para hidrogéis de gelatina-ácido hydroxifenilpropiónico (Wang, et al. Biomaterials, 2010, 31:8608-8616) onde a rigidez varia em função da concentração de H2O2, sem alterar o teor de polímero na solução precursora. Os hidrogéis desenvolvidos neste estudo foram capazes de suportar a adesão e proliferação celular e de uma forma dependente da rigidez. Além disso, foi relatado que através do controlando do teor de grupos fenólicos no hidrogel conjugado de carboximetilcelulose (CMC)-tiramina foi possível controlar eficazmente a adesão e proliferação celular resultantes (Sakai, et al Acta biomaterialia, 2009, 5:554-559). Notavelmente, um hidrogel obtido a partir de CMC, o qual é conhecido por ser um biopolímero anti-adesivo, mostrou adesividade celular após a gelificação por meio de reticulação de grupos fenólicos. Hidrogéis conjugados de proteína-polissacarídeo a partir de derivados de alginato e de proteínas (gelatina e albumina) foram também desenvolvidos (Sakai, et al, 2010, Biomacromolecules 11: 1370-1375.), todos possuindo porções de grupos fenol através de uma reacção enzimática catalizada por HRP. Noutro estudo, foi possível alcançar, simultaneamente, a hidrogelificação in situ e a conjugação RGD de um conjugado de tiramina com um copolímero em bloco de PPO-PEO (Park, et al. Soft Matter, 2011, 7:986-992). O efeito de RGDs conjugados na adesão e proliferação celular foi superior e pode ser ajustado de um modo dependente da concentração. De acordo com literatura publicada anteriormente, alguns materiais base de proteínas (tais como gelatina, péptidos, deram origem a hidrogéis ou conj ugados, utilizando et al AfricanThese systems have several advantages, such as biocompatibility and easy control of the reaction rate under mildly aggressive conditions, mimicking biological crosslinking processes. In addition, adjustable mechanical properties can be obtained by varying the concentration of H 2 O 2 , as has been shown for gelatin-hydroxyphenylpropionic acid hydrogels (Wang, et al. Biomaterials, 2010, 31: 8608-8616) where The stiffness varies as a function of the H 2 O 2 concentration without changing the polymer content in the precursor solution. The hydrogels developed in this study were able to withstand cell adhesion and proliferation and in a stiffness dependent manner. In addition, it has been reported that by controlling the phenolic group content in the carboxymethylcellulose (CMC) -tyramine conjugated hydrogel it was possible to effectively control the resulting cell adhesion and proliferation (Sakai, et al Acta biomaterialia, 2009, 5: 554-559) . Notably, a hydrogel obtained from CMC, which is known to be an anti-adhesive biopolymer, showed cellular adhesiveness after gelation by crosslinking phenolic groups. Protein-polysaccharide conjugated hydrogels from alginate and protein derivatives (gelatin and albumin) have also been developed (Sakai, et al, 2010, Biomacromolecules 11: 1370-1375.), All having portions of phenol groups via a reaction. catalyzed by HRP. In another study, both in situ hydrogelization and RGD conjugation of a tyramine conjugate with a PPO-PEO block copolymer could be achieved simultaneously (Park, et al. Soft Matter, 2011, 7: 986-992). The effect of conjugated RGDs on cell adhesion and proliferation was superior and can be adjusted in a concentration dependent manner. According to previously published literature, some protein-based materials (such as gelatin, peptides gave rise to hydrogels or conjugates using et al African

Journal ofJournal of

Biotecnology, 2009, 8:5508-5515;. Minamihata , et ai Bioconjugate chemistry, 2011, 22:74-81; Wang, et alBiotechnology, 2009, 8: 5508-5515; Minamihata, et al Bioconjugate chemistry, 2011, 22: 74-81; Wang, et al

Biomaterials, 2010, 31:8608-8616). Até à data, não foram descrita a produção de hidrogéis de fibroína de seda mediados pela peroxidase e por um peróxido (por exemplo, peróxido de hidrogénio) como o agente oxidante. Apenas a caseína foi reportada por Li et al. como tendo sido reticulada por intermédio de peroxidase/peróxido de hidrogénio, e a caseína reticulada resultante não originou um hidrogel (Li, et al. African Journal of Biotecnology, 2009, 8:5508-5515). A caseína é principalmente um derivado do leite, e a sua estrutura e propriedades são muito diferentes de fibroina de seda que derivam principalmente do casulo. Minamihata et al. sintetizou um peptídeo recombinante contendo tirosina utilizando Escherichia coli., que é uma fibroina de seda completamente diferente em termos de estrutura da proteína, sequência, peso molecular, etc. (Minamihata, et al. Bioconjugate chemistry,Biomaterials, 2010, 31: 8608-8616). To date, the production of peroxidase-mediated silk fibroin hydrogels and a peroxide (e.g. hydrogen peroxide) has not been described as the oxidizing agent. Only casein has been reported by Li et al. as having been cross-linked via peroxidase / hydrogen peroxide, and the resulting cross-linked casein did not yield a hydrogel (Li, et al. African Journal of Biotechnology, 2009, 8: 5508-5515). Casein is mainly derived from milk, and its structure and properties are very different from silk fibroin, which is derived mainly from cocoon. Minamihata et al. synthesized a recombinant tyrosine-containing peptide using Escherichia coli., which is a completely different silk fibroin in terms of protein structure, sequence, molecular weight, etc. (Minamihata, et al. Bioconjugate chemistry,

2011, 22:74-81) . A gelatina é uma proteína derivada de colagénio cuja composição de aminoácidos, estrutura molecular e propriedades são diferentes das da fibroina de seda.2011, 22: 74-81). Gelatin is a collagen-derived protein whose amino acid composition, molecular structure and properties are different from those of silk fibroin.

A tirosinase é uma enzima também usada para reticular polímeros contendo tirosina (Moreira Teixeira et al. Biomaterials, 2012, 33:1281-1290). Conjugados de quitosano e gelatina foram desenvolvidos utilizando a tirosinase (Chen, et al Biometerials, 2003, 24:2831-2841; Chen, et al Biopolymers, 2002, 64:292-302). Nestes estudos, a gelatina não foi capaz de formar um hidrogel sem o quitosano. Por outro lado, o hidrogel de gelatina/quitosano presentou pouca estabilidade (Moreira Teixeira et al. Biomaterials,Tyrosinase is an enzyme also used to crosslink tyrosine-containing polymers (Moreira Teixeira et al. Biomaterials, 2012, 33: 1281-1290). Chitosan and gelatin conjugates were developed using tyrosinase (Chen, et al Biometerials, 2003, 24: 2831-2841; Chen, et al Biopolymers, 2002, 64: 292-302). In these studies, gelatin was not able to form a hydrogel without chitosan. On the other hand, the gelatin / chitosan hydrogel showed poor stability (Moreira Teixeira et al. Biomaterials,

2012, 33:1281-1290). Estudos semelhantes sugerem que os conjugados preparados por tirosinase podem apenas formar uma matriz semelhante a uma cola, (Yamada, et ai, 2000, Biomacromolecules 1:252-258, Demolliens, et ai Bioconjugate Chemistry, 2008,19:1849-1854). Conjugados de fibroina de seda e quitosano mediados por tirosinase têm também sido relatados (Kang et al Macromolecular Research, 2004,12:53472012, 33: 1281-1290). Similar studies suggest that conjugates prepared by tyrosinase can only form a glue-like matrix (Yamada, et al. 2000, Biomacromolecules 1: 252-258, Demolliens, et al. Bioconjugate Chemistry, 2008.19: 1849-1854). Tyrosinase-mediated silk fibroin and chitosan conjugates have also been reported (Kang et al Macromolecular Research, 2004,12: 5347

539;. Anghileri, et al Journal of Biotechnology, 2007, 127:508-519;. Freddi, et al . Biotecnology Journal, 2006, 125:281-294). Nestes estudos, hidrogéis fibroína de seda puros ou materiais de fibroína de seda puros reticulados por tirosinase de não foram relatadas. Apenas conjugados de fibroína de seda/quitosano ou sericina/quitosano foram considerdos. Além disso, o mecanismo de formação dos conjugados de fibroína seda/quitosano e sericina/quitosano mediados por tirosinase é diferente da de um conjugado de um polímero contendo tirosina mediado por peroxidase. A fibroína de seda (ou sericina) conjuga-se com o quitosano através da reacção de quinonas activadas na seda com os grupos amina no quitosano. Por sua vez, os polímeros que contêm tirosina formam conjugados através de reacções entre os grupos de tirosina (Moreira Teixeira et al. Biomaterials, 2012, 33:1281-1290).539; Anghileri, et al. Journal of Biotechnology, 2007, 127: 508-519; Freddi, et al. Biotechnology Journal, 2006, 125: 281-294). In these studies, pure silk fibroin hydrogels or tyrosinase crosslinked pure silk fibroin materials were not reported. Only silk fibroin / chitosan or sericin / chitosan conjugates were considered. Further, the mechanism of formation of tyrosinase-mediated silk / chitosan and sericin / chitosan fibroin conjugates is different from that of a peroxidase-mediated tyrosine-containing polymer conjugate. Silk fibroin (or sericin) conjugates to chitosan by reacting silk-activated quinones with amino groups in chitosan. In turn, tyrosine-containing polymers form conjugates through reactions between tyrosine groups (Moreira Teixeira et al. Biomaterials, 2012, 33: 1281-1290).

Na literatura, existem estudos sobre hidrogéis ou conj ugados de fibroína de seda/quitosano mediados por tyrosiase.There are studies in the literature on tyrosyase-mediated silk / chitosan fibroin hydrogels or conjugates.

No entanto não foram encontrados registos referindo hidrogéis de fibroína seda, reticulados por peroxidase. Tal como acima mencionado, os mecanismos de acção da tirosinase e da peroxidase são diferentes.However, no records were found referring to peroxidase crosslinked silk fibroin hydrogels. As mentioned above, the mechanisms of action of tyrosinase and peroxidase are different.

Aqui propõe-se a utilização de um sistema baseado num hidrogel de seda injectável com aplicação em engenharia de tecidos e medicina regenerativa e libertação controlada de fármacos, utilizando a peroxidase como estratégia para obter a reticulação. A fibroína de seda (FS) , que é uma proteína natural composta principalmente de glicina, alanina, serina e tirosina, tem sido cada vez mais estudada para novas aplicações biomédicas devido à sua biocompatibilidade, degradabilidade lenta e notáveis propriedades mecânicas. A capacidade de controlar a estrutura molecular e morfologia através do processamento e as possibilidade de funcionalizar a sua superfície, expandiram as aplicções desta proteína. 0 seu peso molecular é de cerca de 300-350 kDa. A unidade de repetição na região cristalina da SF é conhecida como Ala-Gly-SerGly-Ala-Gly. A FS também contém tirosina na região semicristalino ou amorfo. A percentagem deste aminoácido aromático é de cerca de 5% mol de FS. Desta forma, a FS apresenta a quimica mais adequada para promover a reticulação mediada por peroxidase. Esta é uma vantagem sobre os sistemas poliméricos acima descritos que têm de ser conjugados com derivados de fenol ou anilina antes da reacção enzimática catalisada por HRP. Embora as reacções de reticulação de FS têm sido amplamente relatadas (tais como a utilização para preparar conjugados de tirosinase de seda/quitosano), até à data não há estudos relatados sobre a utilização de peroxidase na reticulação de FS para produzir um hidrogél estável, em que a gelificação pode ocorrer sob condições fisiológicas.It is proposed here to use an injectable silk hydrogel based system for application in tissue engineering and regenerative medicine and controlled drug release, using peroxidase as a strategy for crosslinking. Silk fibroin (FS), which is a natural protein composed mainly of glycine, alanine, serine and tyrosine, has been increasingly studied for new biomedical applications due to its biocompatibility, slow degradability and remarkable mechanical properties. The ability to control molecular structure and morphology through processing and the possibility of functionalizing its surface expanded the applications of this protein. Its molecular weight is about 300-350 kDa. The repeating unit in the crystalline region of SF is known as Ala-Gly-SerGly-Ala-Gly. FS also contains tyrosine in the semicrystalline or amorphous region. The percentage of this aromatic amino acid is about 5 mol% FS. Thus, FS presents the most suitable chemistry to promote peroxidase mediated crosslinking. This is an advantage over the above described polymeric systems which must be conjugated to phenol or aniline derivatives prior to the HRP catalyzed enzyme reaction. Although FS cross-linking reactions have been widely reported (such as the use to prepare silk / chitosan tyrosinase conjugates), to date no studies have been reported on the use of peroxidase in FS cross-linking to produce a stable hydrogel, in particular. that gelation can occur under physiological conditions.

Várias patentes foram concedidas com base na utilização de fibroína de seda e suas soluções para as diferentes aplicações. Os exemplos que se seguem devem ser tomadas em conta pela sua relevância na(s) área(s) da presente invenção:Several patents have been granted based on the use of silk fibroin and its solutions for different applications. The following examples should be taken into account for their relevance in the area (s) of the present invention:

Patente dos EUA 2011/0171239, de 14 de julho de 2011 e patente WO 2010/036992 de 01 de abril de 2010 descreve um método para a obtenção de gel de fibroína seda com aplicação direta de corrente ou seja, através de eletrogelificação. O gel de fibroína de seda pode ser reversivelmente convertido num líquido através da aplicação de corrente inversa. A invenção estende-se também a um método para a obtenção de geis de seda adesivos por intermédio da redução do pH da solução de seda.US Patent 2011/0171239 of July 14, 2011 and WO 2010/036992 of April 1, 2010 describes a method for obtaining silk fibroin gel with direct current application ie by electrogelification. Silk fibroin gel can be reversibly converted to a liquid by applying reverse current. The invention also extends to a method for obtaining adhesive silk gels by reducing the pH of the silk solution.

A patente dos EUA 2011/0129531 de 2 de junho de 2011 refere-se ao uso de hidrogel de fibroína de seda e suas composições como enchimento dérmico. As composições compreendem de cerca de 1 até 10% (w / v) de fibroína de seda e um polipéptido semelhante à resilina. O precipitado de seda é obtido utilizando um acelerador de 23RGD/ethanol ou meio de desidratação. Para a obtenção dos geis que é necessário um tempo de gelificação 24 horas.US Patent 2011/0129531 of June 2, 2011 refers to the use of silk fibroin hydrogel and its compositions as a dermal filler. The compositions comprise from about 1 to 10% (w / v) silk fibroin and a resilin-like polypeptide. Silk precipitate is obtained using a 23RGD / ethanol accelerator or dehydration medium. To obtain the gels a gelation time is required 24 hours.

Patente dos EUA 2011/0111031 de 12 de Maio 2011 compreende o uso hidrogel fibroína de seda desprovido de sericina com e suas composições para utilização como um sistema de libertação de fármacos. Uma solução de fibroina de seda livre de sericina é usada para melhorar o tempo de gelificação. É usado um meio de desidratação para produzir os géis, tal como soluções de metanol, etanol, acetona, ou de sal.US Patent 2011/0111031 of May 12, 2011 comprises the use of sericin-free silk fibroin hydrogel with and compositions thereof for use as a drug delivery system. A sericin-free silk fibroin solution is used to improve gelation time. A dehydrating medium is used to produce the gels, such as methanol, ethanol, acetone, or salt solutions.

Patente WO 2011/041395 de 7 abril de 2011 descreve métodos de preparação nano-e micro-partículas de seda para uma variedade de aplicações biomédicas e farmacêuticas, tais como engenharia de tecidos ou libertação controlada de fármacos. O método utiliza álcool polivinilico (PVA) e uma técnica de separação de fases para a obtenção de partículas. Nenhum solvente orgânico é utilizado em qualquer fase da produção.WO 2011/041395 of April 7, 2011 describes methods of preparing nano-and silk microparticles for a variety of biomedical and pharmaceutical applications, such as tissue engineering or controlled release of drugs. The method uses polyvinyl alcohol (PVA) and a phase separation technique to obtain particles. No organic solvent is used at any stage of production.

Patente WO 2011/022771 de 03 de março de 2011 refere-se a métodos de produção de extrato de seda (compreende cerca deWO 2011/022771 of March 3, 2011 refers to methods of producing silk extract (comprises about

0,5% a cerca de 15% de proteínas de seda) para aplicação na produção de produtos de cuidados pessoais, plásticos, têxteis e produtos biomédicos. As proteínas de seda são obtidas a partir de células produtoras destas, sendo solubilizadas atrvés do contacto com um agente tensioactivo (por exemplo, dodecil sulfato de sódio (SDS), sulfato de amónio laurilo) ou um líquido iónico (por exemplo, de aniões, tais como cloreto e brometo; catião como o 3-4cloropiridínio e dimetilaminopiridinium) e concentrando-se as proteínas para produzir o extrato de seda.0.5% to about 15% silk protein) for application in the production of personal care products, plastics, textiles and biomedical products. Silk proteins are obtained from cell-producing cells and are solubilized by contact with a surfactant (eg sodium dodecyl sulfate (SDS), ammonium lauryl sulfate) or an ionic liquid (eg anions, such as chloride and bromide; cation such as 3-4chloropyridinium and dimethylaminopyridinium) and concentrating the proteins to produce silk extract.

Patente WO 2011/026101 de 03 de março de 2011 refere-se a dispositivos electrónicos e optoelectrónicos feitos com fibroina de seda ou de misturas com outros biopolímeros, os seus métodos de fabricação e os métodos para usar o sistema electrónico e optoelectrónico à base de seda. Estes dispositivos à base de sedam pode ser utilizados in vitro e in vivo para aplicações biomédicas.WO 2011/026101 of March 3, 2011 refers to electronic and optoelectronic devices made with silk fibroin or blends with other biopolymers, their manufacturing methods and methods for using the silk based electronic and optoelectronic system . These sedam-based devices can be used in vitro and in vivo for biomedical applications.

Patente dos EUA 2011/0046686 de 24 fevereiro de 2011 descreve métodos e composições que compreendem misturas de fibroina de seda e hidroxiapatite (HA). A fibroina de seda e hidroxiapatite são misturadas antes da gelificação ocorrer (formação de estado insolúvel). A invenção referese à reparação e substituição de osso e dentes.US Patent 2011/0046686 of February 24, 2011 describes methods and compositions comprising mixtures of silk fibroin and hydroxyapatite (HA). Silk fibroin and hydroxyapatite are mixed before gelation occurs (insoluble state formation). The invention relates to the repair and replacement of bone and teeth.

WO Patent2011/013145 de 03 de fevereiro de 2011, descreveWO Patent2011 / 013145 of February 3, 2011, describes

um processo para melhorar a process to improve o tempo the time de in gelificação gelation de in fibroina fibroin de seda regenerada regenerated silk utilizando using por per exemplo, TiO2 example TiO2 ou or FeO2SiN3 FeO2SiN3 como o agentes as the agents gelificantes. gelling agents. 0 composito 0 composite de in fibroina fibroin de seda/sílica é Silk / Silica is proposto proposed como as biomaterial biomaterial de in

suporte para aplicações em engenharia de tecidos.support for tissue engineering applications.

Patente WO 2011/011347 de 27 janeiro de 2011 compreende composições e os métodos de ligação de fibroina de seda a agentes activos através da interacção específica entre a avidina e a biotina. Os biomateriais baseados em seda funcionalizados podem ser ligados a anticorpos e factores de crescimento para o uso em várias aplicações biomédicas.WO 2011/011347 of January 27, 2011 comprises compositions and methods of binding silk fibroin to active agents through the specific interaction between avidin and biotin. Functionalized silk based biomaterials can be linked to antibodies and growth factors for use in various biomedical applications.

Patente dos EUA 2011/0008436 de 13 de Janeiro de 2011 refere-se aos métodos de purificação de fibroina de seda, conjugandos de fibroina com moléculas bioactivas e produção de hidrogéis de fibroina de seda e formulações com concentração de fibroina de até 6% em peso. A invenção compreende géis obtidos por mistura de fibroina de seda e péptidos, que são destinadas a aplicações como agentes de enchimento, libertação controlada de fármacos e engenharia de tecidos.US Patent 2011/0008436 of 13 January 2011 relates to methods of purifying silk fibroin, fibroin conjugates with bioactive molecules, and production of silk fibroin hydrogels and formulations with up to 6% by weight fibroin concentration . The invention comprises gels obtained by mixing silk fibroin and peptides, which are intended for applications as fillers, controlled drug release and tissue engineering.

Patente WO 2011/005381 de 13 de janeiro de 2011 refere-se a um tratamento por vórtice de um solução de fibroina de seda que permite a obtenção de géis. O método permite o controlo da taxa de formação de lamelas com conformação β e da velocidade de gelificação. Os agentes bioactivos e células podem ser encapsulados nos hidrogéis durante o tratamento por vórtice.WO 2011/005381 of January 13, 2011 refers to a vortex treatment of a silk fibroin solution that allows obtaining gels. The method allows control of the rate of formation of β-shaped coverslips and the speed of gelling. Bioactive agents and cells may be encapsulated in hydrogels during vortex treatment.

Patente WO 2011/006133 de 13 de janeiro de 2011 descreve um sistema de libertação baseado em seda que liberta ácidos nucléicos a partir de complexos de seda. Os complexos de seda destinam-se a serem aplicados em transfecção, uma vez que apresentam elevada eficiência de libertação, selectividade célular e a libertação controlada dos ácidos nucleicos.WO 2011/006133 of January 13, 2011 describes a silk based delivery system that releases nucleic acids from silk complexes. Silk complexes are intended to be applied for transfection as they exhibit high release efficiency, cell selectivity and controlled release of nucleic acids.

A patente WO 2010/141133 de 09 de dezembro de 2010 referese a métodos de preparação de estruturas de suporte de fibroina de seda/antibiótico(s). A presente invenção descreve composições de fibroina de seda baseados em composições compreendendo antibiótico (s) para a prevenção de infecções bacterianas, e para implantes médicos, engenharia de tecidos, sistemas de libertação de fármacos, ou outras aplicações farmacêuticas ou médicas.WO 2010/141133 of December 9, 2010 relates to methods of preparing silk fibroin / antibiotic (s) support structures. The present invention describes silk fibroin compositions based on compositions comprising antibiotic (s) for the prevention of bacterial infections, and for medical implants, tissue engineering, drug delivery systems, or other pharmaceutical or medical applications.

Patente WO 2010/123945; Patente WO 2010/123946, e Patente WO 2010/123947 de 28 de outubro de 2010 descrevem métodos para purificação e funcionalização de fibroina de seda. A invenção descreve métodos para a obtenção de hidrogéis por combinação com 23RGD/ethanol destinada a encontrar aplicações em engenharia de tecidos, revestimentos para melhorar o funcionamento de um dispositivo médico, e libertação controlada de fármacos.WO 2010/123945; WO 2010/123946, and WO 2010/123947 of October 28, 2010 describe methods for purification and functionalization of silk fibroin. The invention describes methods for obtaining hydrogels by combining with 23RGD / ethanol to find tissue engineering applications, coatings to improve the operation of a medical device, and controlled release of drugs.

EP patente 2010/2211876, de 4 de Agosto de 2010; Patente dos EUA 2010/0178304 de 15 de Julho de 2010; MX Patentes 2009/012978, de 23 de abril de 2010; KR Patentes 2010/1020100029217 de 16 de Março de 2010; Patentes e WO 2008/150861 de 11 dez 2008 proporcionam um processo de produção de géis de fibroina de seda através de ultra-sons. O tempo de gelificação pode ser controlado para ocorrer dentro das duas horas após o tratamento de ultra-sons e utiliza um tratamento adicional com uma solução de sal. Os agentes bioactivos e células podem ser encapsuladas nos hidrogéis durante o processo de gelificação.EP Patent 2010/2211876, August 4, 2010; US Patent 2010/0178304 of July 15, 2010; MX Patents 2009/012978, April 23, 2010; KR Patents 2010/1020100029217 of March 16, 2010; Patents and WO 2008/150861 of December 11, 2008 provide a process for producing silk fibroin gels by ultrasound. The gelling time can be controlled to occur within two hours after ultrasound treatment and utilizes additional salt solution treatment. Bioactive agents and cells may be encapsulated in hydrogels during the gelling process.

EP Patent 2010/2210971 de 28 de julho de 2010 refere-se a uma estrutura de tecida de fibroina de seda compreendendo uma bainha tubular concêntrica exterior e um núcleo interior. A fibroína de seda usada para tecer a estrutura da presente invenção é constituída por um fio de seda destinado a aplicações em regeneração de ligamentos, particularmente o ligamento cruzado anterior, os tendões, os músculos e os vasos sanguíneos.EP Patent 2010/2210971 of July 28, 2010 relates to a silk fibroin woven structure comprising an outer concentric tubular sheath and an inner core. The silk fibroin used to weave the structure of the present invention is comprised of a silk thread intended for ligament regeneration applications, particularly the anterior cruciate ligament, tendons, muscles and blood vessels.

Patente WO 2010/057142 de 20 de maio de 2010 apresenta composições e métodos para a produção de fibroína de seda funcionalizada com polietileno glicol (PEG). A seda ligada ao PEG é destinada a aplicações como materiais antiaderentes e anti-trombogénicos. Como apresenta propriedades de superfície diferentes dentro da matriz, a associação comWO 2010/057142 of May 20, 2010 discloses compositions and methods for the production of polyethylene glycol (PEG) functionalized silk fibroin. PEG-linked silk is intended for applications such as non-stick and anti-thrombogenic materials. Because it has different surface properties within the matrix, the association with

agentes tecido, tissue agents, bioactivos pode melhorar o no lado da matriz aderente. Bioactives can improve on the side of the adherent matrix. crescimento growth interno internal de in Patente Patent dos EUA 2009/7635755, de 22 2009/7635755, of 22 de in dezembro December de 2009; of 2009; EP EP Patent Patent 2006/1613796 11 de janeiro 2006/1613796 January 11 de in 2006, e 2006, and Patente Patent WO WO

2005/012606 de 10 de fevereiro, 2005 referem-se 'a preparação de soluções altamente concentradas fibroína de seda. Os métodos descritos para a obtenção das soluções não utilizam de solventes orgânicos, aditivos directos e produtos químicos agressivos. As soluções seda altamente concentradas (inferior a 30% em peso) são propostas para o desenvolvimento de fibras, membranas, espumas, estruturas de suporte e hidrogéis. Os métodos de processamento para a obtenção de hidrogéis de seda são baseados no aumento de temperatura, pH, diminuição e aumento da concentração de sal ou de uma mistura com outros polímeros.2005/012606 of 10 February 2005 refers to the preparation of highly concentrated silk fibroin solutions. The methods described for obtaining the solutions do not use organic solvents, direct additives and harsh chemicals. Highly concentrated silk solutions (less than 30% by weight) are proposed for the development of fibers, membranes, foams, support structures and hydrogels. Processing methods for obtaining silk hydrogels are based on increasing temperature, pH, decreasing and increasing salt concentration or a mixture with other polymers.

Patente WO 2009/133532 de 05 novembro de 2009 refere-se a um método de duas fases para a obtenção de uma solução de fibroína de seda regenerada, isto é, a utilização de um reagente iónico e de desgomagem de casulos de seda ou seda tecida. A invenção também se estende à(s) solução(ões) fibroina de seda, e um material de fibroina de um implante que pode ser utilizado para a reparação da cartilagem.WO 2009/133532 of November 5, 2009 relates to a two-step method for obtaining a regenerated silk fibroin solution, that is, the use of an ionic reagent and degumming of silk or woven silk cocoons. . The invention also extends to silk fibroin solution (s), and an implant fibroin material that can be used for cartilage repair.

Patente WO 2009/018610 de 12 de fevereiro,WO 2009/018610 of February 12,

2009 refere-se a proteínas de seda que podem ser utilizadas para a produção de seda com uma estrutura trans-beta, bem como ácidos nucleicos que codificam tais proteínas. A invenção também compreende células recombinantes e/ou organismos capazes de sintetizar proteínas de seda.2009 refers to silk proteins that can be used to produce silk with a trans-beta structure, as well as nucleic acids encoding such proteins. The invention also comprises recombinant cells and / or organisms capable of synthesizing silk proteins.

Patente WO 2008/140562 de 20 de novembro de 2008 descreve um método de produção de um material electroactivo que inclui um polímero, um substrato, vazando o polímero sobre o substrato, e polimerizando enzimaticamente um composto orgânico para gerar um polímero condutor entre o polímero fornecido e o substrato. O polímero pode ser de seda que possuem tirosinas para proporcionar uma interface a nível molecular entre o biopolímero fornecido e um substrato ou camada condutora outros através de uma polimerização por tirosina-enzima. O resultado é uma estrutura de carbonocarbono que proporciona conjugados fios poliméricos para utilização em dispositivos ópticos poliméricos e biopoliméricos.WO 2008/140562 of November 20, 2008 discloses a method of producing an electroactive material including a polymer, a substrate, pouring the polymer over the substrate, and enzymatically polymerizing an organic compound to generate a conductive polymer between the supplied polymer. and the substrate. The polymer may be silk which have tyrosines to provide a molecular level interface between the biopolymer supplied and a substrate or other conductive layer by enzyme tyrosine polymerization. The result is a carbon carbon structure that provides conjugated polymeric wires for use in polymeric and biopolymer optical devices.

Patente WO 2008/118133 de 02 de outubro de 2008 fornece um método para preparar microesferas de fibroina seda utilizando vesículas lipídicas como modelos. As microesferas são destinadas a encontrar aplicações como libertação controlada de fármacos.WO 2008/118133 of October 2, 2008 provides a method for preparing silk fibroin microspheres using lipid vesicles as models. The microspheres are intended to find applications such as controlled release of drugs.

Patente WO 2008/106485 de 04 de setembro de 2008 refere-se a uma camada de tecido em lamelas, que compreende um substrato de fibroina de seda com ranhuras contendo células específicas de um tecido. Os substratos de lamelas de fibroina de seda são destinados a encontrar aplicações em engenharia de tecidos.WO 2008/106485 of September 4, 2008 refers to a layer of lamellar tissue comprising a grooved silk fibroin substrate containing tissue specific cells. Silk fibroin lamella substrates are designed to meet tissue engineering applications.

Patente WO 2008/069919 de 12 de junho de 2008 e Patente dos EUA 2008/0131509 de 05 de junho descrevem métodos para o tratamento o de tecido compreendendo matrizes compósitas auto-reforçadas. A matriz pode ser um sistema de gelificação composto por dois componentes com base em cola de fibrina. Nalgumas formulações as proteínas de seda ou as proteínas de seda funcionalizada podem ser combinadas com o sistema de gelificação de dois componentes através de métodos conhecidos no estado da arte.WO 2008/069919 of June 12, 2008 and U.S. Patent 2008/0131509 of June 5, describe methods for treating tissue comprising self-reinforcing composite matrices. The matrix may be a two-component gelling system based on fibrin glue. In some formulations silk proteins or functionalized silk proteins may be combined with the two-component gelation system by methods known in the art.

Patente WO 2007/141131 de 13 de Dezembro de 2007 refere-se um dispositivo microfluídico e método para controlar a separação de fases de uma ou mistura de duas ou mais proteínas de seda de aranha que podem, em seguida, permitir a associação de proteína (s) de seda para a produção de esferas, nanofibrilas, fios, etc.WO 2007/141131 of December 13, 2007 relates to a microfluidic device and method for controlling phase separation of one or a mixture of two or more spider silk proteins which may then allow protein association ( s) silk for the production of spheres, nanofibrils, yarns, etc.

EP Patent 2007/1789103 de 30 de maio de 2007 proporciona um dispositivo médico que compreende um corpo tubular que tem um lúmen e um eixo longitudinal, e uma pluralidade de elementos de seda colocados substancialmente em paralelo ao longo do eixo do lúmen do corpo tubular. A invenção estende-se a um método de fabricação do dispositivo médico que compreende a formação do corpo tubular e os elementos de introdução de seda para dentro do lúmen do corpo tubular. 0 dispositivo destina-se a aplicações em regeneração de nervos.EP Patent 2007/1789103 of May 30, 2007 provides a medical device comprising a tubular body having a lumen and a longitudinal axis, and a plurality of silk elements placed substantially parallel along the lumen axis of the tubular body. The invention extends to a method of manufacturing the medical device comprising forming the tubular body and introducing silk elements into the lumen of the tubular body. The device is intended for nerve regeneration applications.

A patente WO 2007/020449, de 22 de fevereiro de 2007 e patente WO 2006/030182 de 23 de marco de 2006 descrevem um dispositivo de reparação de tecido cartilaginoso com uma seda tridimensional reabsorvível, biocompatível ou outra fibra, e uma seda substancialmente porosa biocompatível, reabsorvível ou um hidrogel preenchendo parcial ou substancialmente os interstícios da fibra, com ou sem um meio de ancoragem firme do dispositivo ao osso do paciente.WO 2007/020449 of February 22, 2007 and WO 2006/030182 of March 23, 2006 describe a cartilage tissue repair device with a resorbable, biocompatible three-dimensional silk or other fiber, and a substantially porous biocompatible silk. , resorbable or a hydrogel partially or substantially filling the fiber interstices, with or without a firm anchoring means of the device to the patient's bone.

A estrutura de suporte 3D de seda é obtida por liofilização e o hidrogel por gelificação na presença de um PBS (solução salina de fosfato tamponada)- gelificação iónica. Um gel de seda mineralizante é obtido através da combinação da solução de hidrogel de seda com uma solução de cloreto de cálcio.The 3D silk support structure is obtained by lyophilization and the hydrogel by gelation in the presence of a PBS (buffered phosphate saline) - ionic gelation. A mineralizing silk gel is obtained by combining the silk hydrogel solution with a calcium chloride solution.

Patente WO 2005/123114 de 29 de dezembro de 2005 refere-se a diferentes sistemas de libertação de fármacosà base de seda. A invenção estende-se a métodos para a produção destes sistemas e formulações de fármacos.WO 2005/123114 of December 29, 2005 refers to different silk-based drug delivery systems. The invention extends to methods for producing such drug systems and formulations.

Patente WO 2004/060424 de 22 julho de 2004 descreve stents contendo seda compreendendo um stent endoluminal e um enxerto. A invenção estende-se a métodos para a produção de enxertos, em que a seda é destinada a promover a adesão in vivo da endoprótese às paredes dos vasos, ou, caso contrário, induz ou acelera uma reacção fibrótica in vivo levando a endoprótese a aderir à parede do vaso.WO 2004/060424 of July 22, 2004 describes silk-containing stents comprising an endoluminal stent and a graft. The invention extends to methods for grafting, wherein the silk is intended to promote in vivo adhesion of the stent to vessel walls, or otherwise induces or accelerates an in vivo fibrotic reaction causing the stent to adhere. to the toilet wall.

Patente WO 2004/041845 de 21 de maio de 2004 descreve um método de preparação de um hidrogel de proteína fibrosa por meio de método de solvente. O método consiste em verter uma solução aquosa de proteína fibrosa num recipiente queWO 2004/041845 of May 21, 2004 describes a method of preparing a fibrous protein hydrogel by solvent method. The method consists of pouring an aqueous solution of fibrous protein into a container which

compreende understand um solvente que não seja miscível com água; o a solvent that is not miscible with water; O recipiente container é vedado o envelhecimento á temperatura aging at temperature is prohibited ambiente, environment, e recolhendo o hidrogel proteína fibrosa and collecting the fibrous protein hydrogel resultante resulting e deixando-o secar. A invenção estende-se a um and letting it dry. The invention extends to a

hidrogel esmético obtido pelo método de solvente.smmal hydrogel obtained by the solvent method.

Patente WO 2003/022909 de 20 de Março de 2003 e patente de invenção EP 2004/1436346 de 14 de julho de 2004 descrevem um processo para a produção de hidrogéis fibroína de seda, por meio de tratamento de uma solução de fibroína com polímeros solúveis em água e/ou com soluções de ácido com um pH inferior que 4 e/ou solventes polares e/ou com compostos de reticulação, seguido por lavagem do resultante.WO 2003/022909 of March 20, 2003 and EP 2004/1436346 of July 14, 2004 describe a process for the production of silk fibroin hydrogels by treating a solution of fibroin with soluble polymers. water and / or with acid solutions of pH less than 4 and / or polar solvents and / or with cross-linking compounds, followed by washing of the resultant.

A invenção aqui descrita para desenvolver hidrogéis reticulados fibroína de seda e suas composições, que sofreram reticulação mediada por peroxidase, são completamente diferentes das patentes acima mencionadas.The invention described herein for developing silk fibroin cross-linked hydrogels and their peroxidase-mediated cross-linked compositions are completely different from the above-mentioned patents.

Por exemplo, a Patente dos EUA 2011/0171239, de 14 de Julho de 2011 e Patente WO 2010/036992 abril 2010 descreve métodos para a preparação de hidrogéis de seda que utilizam a aplicação directa de corrente electrica. Nessa patente (WO Patent fibra de seda foi desengomada por 20 minutos, a fibroína de seda purificada dissolvida em brometo de lítio a 60For example, US Patent 2011/0171239 of July 14, 2011 and WO 2010/036992 April 2010 describe methods for the preparation of silk hydrogels utilizing direct application of electric current. In this patent (WO Patent silk fiber was degummed for 20 minutes, purified silk fibroin dissolved in lithium bromide at 60 ° C

C durante horas, (3) a fibroína de seda foi dialisada em cassetes (peso molecular (MWCO) 3500), (4) a solução de fibroína de seda não continha qualquer tampão salino, (5) o hidrogel de fibroína de seda foi formado usando campo eléctrico, (6) o hidrogel de fibroína de seda formado tem conformação de seda-I; (7) os hidrogéis formados fibroína de seda eram semelhantes a uma cola. Há muitas diferenças entre a patente acima mencionada (Patente WO 2010/036992) e a presente invenção, a saber: (1) a fibroína de seda foi desengomada por 1 hora. Um maior tempo de desgomagem pode melhorar a pureza da fibroína de seda para permitir a que a solução de seda seja mais estável no estado aquoso, (2) a fibroína de seda purificada foi dissolvid em brometo de lítio a 70°C durante 1 hora, ou seja, a temperatura mais alta pode acelerar a dissolução de fibroína de seda, e o menor tempo de aquecimento pode diminuir a degradação fibroína de seda, (3) a fibroína de seda foi dialisado a num tubo de diálise benzoilado (MWCO 2000) , de peso molecular inferior (MWCO) . Uma tubagem de diálise pode manter mais quantidade de proteína no interior do tubo e diminuir os possíveis contaminações, (4) um tampão de iões salinos foi introduzido na fibroína de seda, durante a diálise, isto permite o ajuste do valor de pH da solução de fibroína de seda perto de 7,4, o que permite a incorporação de células e/ou agentes bioactivos, (5) o hidrogel de fibroína de seda é formado por reticulação química mediada pela peroxidase (reação enzimática), (6) o hidrogel de fibroína de seda formado mediado pela peroxidase de conformação é amorfo (espiral aleatória), (7) os hidrogéis formados são estáveis e podem ser processados em diferentes formas e modulada a sua biodegradabilidade.C for hours, (3) silk fibroin was dialyzed into cassettes (molecular weight (MWCO) 3500), (4) silk fibroin solution contained no saline buffer, (5) silk fibroin hydrogel was formed using electric field, (6) the formed silk fibroin hydrogel has silk-I conformation; (7) the silk fibroin formed hydrogels were similar to a glue. There are many differences between the above-mentioned patent (WO 2010/036992) and the present invention, namely: (1) silk fibroin has been degummed for 1 hour. Longer degumming time may improve the purity of silk fibroin to allow the silk solution to be more stable in the aqueous state, (2) purified silk fibroin was dissolved in lithium bromide at 70 ° C for 1 hour, that is, the higher temperature may accelerate the dissolution of silk fibroin, and the shorter heating time may decrease silk fibroin degradation, (3) the silk fibroin was dialyzed to in a benzoyl dialysis tube (MWCO 2000), lower molecular weight (MWCO). A dialysis tubing can hold more protein inside the tube and reduce possible contamination, (4) a saline ion buffer was introduced into the silk fibroin during dialysis, this allows the pH value of the solution to be adjusted. silk fibroin close to 7.4, which allows the incorporation of cells and / or bioactive agents, (5) the silk fibroin hydrogel is formed by chemical cross-linking by peroxidase (enzymatic reaction), (6) the hydrogel of silk fibroin formed mediated by conformation peroxidase is amorphous (random spiral), (7) the formed hydrogels are stable and can be processed into different shapes and modulated their biodegradability.

Numa outra patente WO Patent 2003/022909 de 20 de Março de 2003 e patente de invenção EP 2004/1436346 de 14 de julho de 2004 descrevem-se métodos para preparar um hidrogel de seda por tratamento de uma solução de fibroína com polímeros solúveis em água e/ou com soluções de ácido com um pH inferior a 4 e/ou os solventes polares e/ou com os compostos reticulados. Nessa patente (Patente 2003/022909), referiu-se que (1) a fibroína de seda foi dissolvida em solventes de 20-60°C, (2) a concentração da solução dialisada de fibroína de seda foi entre 1-20% em peso; (3) a solução de polietilenoglicol é de 50% e de peso molecular de 1.000 e (4) o hidrogél foi preparado por diálise contra solução de fibroína de seda solução ácida (pH inferior a 4), ou polímeros solúveis em água, ou solventes polares, ou soluções que contêm agentes de reticulação, (5) o pH da solução de fibroína de seda, não foi controlada antes da formação do hidrogél, (6) quando se utiliza um agente de reticulação para formar hidrogéis, dá-se reticulção dos grupos hidroxilo e amina, (7) os hidrogéis de fibroína de seda preparados por diferentes métodos foram todos formados no interior do tubo de diálise, (8), os hidrogéis devem ser lavados antes de usar, (9) o espectro de FTIR revelou que os hidrogéis preparados por todos os métodos mencionados nesta patente foram de conformação beta, como indicado pela forte absorvância à volta de 1620 cm-1 (Figura 6) . Existem grandes diferenças entre a patente acima mencionada (Patente 2003/022909) e a presente invenção, a saber: (1) a fibroína de seda purificada foi dissolvida em brometo de lítio a 70°C durante 1 hora, a temperatura mais alta pode acelerar a dissolução do fibroína de seda, e o menor tempo de aquecimento pode diminuir a degradação de fibroína de seda, (2) a concentração da solução dialisada de fibroína de seda foi entre 2-30%, em peso, a elevada concentração da solução de fibroína de seda permite a formação de hidrogéis de seda rígidos, (3), a solução de polietilenoglicol para a concentração da solução de fibroína de seda foi de 20% e de peso molecular foi de 20.000, a menor concentração de PEG tornou a solução mais estável, e o PEG de peso molecular superior não penetrou na membrana de diálise para contaminar a solução de fibroína de seda, (4) os hidrogéis foram preparadas por mistura directa da peroxidase/peróxido de hidrogénio e uma solução de fibroina de seda, e este passo permitiu a incorporação de células e/ou agentes bioactivos, (5) o valor do pH da solução de fibroina de seda estava sob controlo antes da gelificação, entre 7,07,4 (pH fisiológico), (6) os mecanismos de reticulação mediados pela peroxidase actuaram nos grupos de tirosina na fibroina de seda, (7) o hidrogel pode ser formado no local de aplicação, tal como o preenchimento de tecido, (8), os hidrogéis podem ser utilizados directamente depois da gelificação ou durante a gelificação, e (9) a conformação do hidrogel fibroina de seda desta invenção é amorfa, confirmada por espectros de FTIR com os principais picos a 1620 cm-1 (Figura 3b).In another patent WO Patent 2003/022909 of March 20, 2003 and patent EP 2004/1436346 of July 14, 2004 describe methods for preparing a silk hydrogel by treating a solution of fibroin with water-soluble polymers. and / or with acid solutions of pH less than 4 and / or polar solvents and / or with the crosslinked compounds. In this patent (Patent 2003/022909), it was stated that (1) silk fibroin was dissolved in solvents of 20-60 ° C, (2) the concentration of dialysed silk fibroin solution was between 1-20% by weight. Weight; (3) the polyethylene glycol solution is 50% molecular weight 1,000 and (4) the hydrogel was prepared by dialysis against acid solution silk fibroin solution (pH less than 4), or water soluble polymers, or solvents. (5) the pH of the silk fibroin solution was not controlled prior to the formation of the hydrogel, (6) when a cross-linking agent is used to form hydrogels, the crosslinking of the hydrogels occurs. hydroxyl and amine groups, (7) silk fibroin hydrogels prepared by different methods were all formed inside the dialysis tube, (8) the hydrogels should be washed before use, (9) the FTIR spectrum revealed that The hydrogels prepared by all methods mentioned in this patent were beta conformable, as indicated by the strong absorbance around 1620 cm -1 (Figure 6). There are major differences between the above-mentioned patent (Patent 2003/022909) and the present invention, namely: (1) purified silk fibroin was dissolved in lithium bromide at 70 ° C for 1 hour, higher temperature may accelerate the dissolution of silk fibroin, and the shorter heating time may decrease the degradation of silk fibroin, (2) the concentration of dialysed silk fibroin solution was between 2-30% by weight, the high concentration of silk fibroin solution. silk fibroin allows the formation of rigid silk hydrogels, (3) the polyethylene glycol solution for silk fibroin solution concentration was 20% and molecular weight was 20,000, the lowest PEG concentration made the solution more stable, and higher molecular weight PEG did not penetrate the dialysis membrane to contaminate the silk fibroin solution, (4) hydrogels were prepared by direct mixing of peroxidase / hydrogen peroxide and a silk fibroin solution, and this step allowed the incorporation of cells and / or bioactive agents, (5) the pH value of the silk fibroin solution was under control before gelation, between 7.07.4 (physiological pH) , (6) peroxidase-mediated crosslinking mechanisms acted on tyrosine groups in silk fibroin, (7) hydrogel may be formed at the site of application, such as tissue filling, (8) hydrogels may be used directly after gelation or during gelation, and (9) the conformation of the silk fibroin hydrogel of this invention is amorphous, confirmed by FTIR spectra with major peaks at 1620 cm -1 (Figure 3b).

A presente invenção proporciona métodos para a produção de hidrogéis reticulados fibroina de seda mediada por peroxidase. A gelificação ocorre independentemente da presença de meios de cultura e de células ou fluidos corporais, sendo assim clinicamente relevante, uma vez que permite que a homogeneização das células antes da formação do hidrogel e em seguida a gelificação in situ. A capacidade de controlar o tempo de gelificação, as propriedades mecânicas e estruturais dos hidrogéis, a bioadesividade e taxa de degradação são aspectos relevantes em aplicações em engenharia de tecidos e medicina regenerativa, bioadesivos, e sistemas de libertação de fármacos.The present invention provides methods for the production of peroxidase mediated silk fibroin cross-linked hydrogels. Gelling occurs independently of the presence of culture media and cells or body fluids and is therefore clinically relevant as it allows homogenization of cells prior to hydrogel formation and then in situ gelation. The ability to control gelation time, mechanical and structural properties of hydrogels, bioadhesiveness and degradation rate are relevant aspects in tissue engineering and regenerative medicine applications, bioadhesives, and drug delivery systems.

A presente invenção também apresenta propriedades de memória de forma dos hidrogéis reticulados fibroina de seda mediados por peroxidase, que são estimulados pela força iónica. Por exemplo, após a preparação, os hidrogéis de fibroina de seda pode manter a sua forma (forma inicial) em solução tampão fosfato salino (PBS). 0 hidrogel vai inchar com a diminuição da força iónica da solução. A razão máxima inchamento em água ultrapura é alcançada. Posteriormente, a forma dos hidrogéis irá ser recuperada, até certo ponto à sua forma inicial, por imersão dos hidrogéis em soluções de força iónica diferente. Isto potência a sua aplicação como um biomaterial bioadesivo, agente de preenchimento, revestimento para melhorar o funcionamento de um dispositivo médico, ou outras aplicações farmacêuticas ou médicas. 0 hidrogel de fibroina de seda preparado por reticulação mediada por peroxidase possui conformação amorfa. Esta invenção proporciona métodos para a preparação de hidrogéis de fibroina de seda com conformações espaciais ajustáveis. Por exemplo, os hidrogéis de fibroina de seda em camadas podem ser formados por imersão em solventes orgânicos. 0 hidrogel formado em camadas possui conformação beta na camada externa e conformação amorfa dominante na camada interna. Outras combinações de conformação podem também ser formadas por outros tratamentos que, possibilitam a sua aplicação como um sistema estruturado (camadas de transporte) para aplicação em dispositivos electrónicos e optoelectrónicos.The present invention also has shape memory properties of peroxidase mediated silk fibroin cross-linked hydrogels, which are stimulated by ionic strength. For example, after preparation, silk fibroin hydrogels may retain their shape (initial form) in phosphate buffered saline (PBS). The hydrogel will swell as the ionic strength of the solution decreases. The maximum swelling ratio in ultrapure water is reached. Thereafter, the shape of the hydrogels will be recovered to some extent from their initial shape by immersing the hydrogels in solutions of different ionic strength. This enhances its application as a bioadhesive biomaterial, filler, coating to improve the operation of a medical device, or other pharmaceutical or medical applications. The silk fibroin hydrogel prepared by peroxidase mediated crosslinking has amorphous conformation. This invention provides methods for the preparation of silk fibroin hydrogels with adjustable spatial conformations. For example, layered silk fibroin hydrogels may be formed by dipping in organic solvents. The layered hydrogel has beta conformation in the outer layer and dominant amorphous conformation in the inner layer. Other shaping combinations may also be formed by other treatments which enable their application as a structured system (carrier layers) for application in electronic and optoelectronic devices.

Descrição breve das figuras:Brief description of the figures:

Para uma melhor compreensão da presente invenção, as figuras são apresentados em anexo, mas não se limitam à presente, uma vez que:For a better understanding of the present invention, the figures are attached, but are not limited to the present since:

A Figura 1 representa a ilustração esquemática da reticulação da fibroina de seda mediada pela enzima HRP. (1) HRP/H2O2, (2) PBS, (A) Fibroina de seda, (B) Hidrogel fibroina de seda.Figure 1 is a schematic illustration of HRP enzyme-mediated silk fibroin cross-linking. (1) HRP / H2O2, (2) PBS, (A) Silk Fibroin, (B) Silk Fibroin Hydrogel.

A Figura 2 representa a formação dos hidrogéis de fibroina de seda dos hidrogéis desenvolvidos por reticulação mediada pela HRP e as propriedades de transparência. Fibroina de seda solução de 16% em peso, solução de HRP a 0,84 mg/ml em PBS, e 0,18% em peso de H2O2 em PBS foram usados (HRP/seda em peso 0,26 ú, ^Cq/Seda 1,10 wtú) (a) : solução de fibroina de seda pura sem PBS, (b) : Solução de fibroina de seda em PBS, (a) e (b) : o peróxido de hidrogénio foi utilizado como agente oxidante, (c) : o peróxido de cálcio foi utilizado como agente oxidante.Figure 2 depicts the formation of silk fibroin hydrogels from HRP-mediated cross-linked hydrogels developed and the transparency properties. Silk fiber 16% wt. Solution, 0.84 mg / ml HRP solution in PBS, and 0.18 wt.% H2O2 in PBS were used (HRP / wt. Silk 1.10 wtú) (a): pure silk fibroin solution without PBS, (b): silk fibroin solution in PBS, (a) and (b): hydrogen peroxide was used as an oxidizing agent, ( c): calcium peroxide was used as oxidizing agent.

A Figura 3 representa os resultados obtidos na análise de espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) da solução de fibroina de seda, com ou sem PBS, e misturas de seda/HRP/ H2O2, antes e após a gelificação. As amostras hidratadas foram testadas por reflectância total atenuada (ATR). (a) Uma solução de fibroina de seda, com ou sem PBS: 1. Solução de fibroina de seda sem PBS, 2. Solução de fibroina de seda com PBS.Figure 3 represents the results obtained from Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) analysis of silk fibroin solution, with or without PBS, and silk / HRP / H2O2 mixtures, before and after gelation. Hydrated samples were tested by attenuated total reflectance (ATR). (a) A silk fibroin solution, with or without PBS: 1. Silk fibroin solution without PBS, 2. Silk fibroin solution with PBS.

(b) solução de fibroina de seda com PBS foi usada para obter os 3 espectros: 1. Seda/HRP/ H2O2: Após gelificação, 2. Seda/HRP/ H2O2: Antes da gelificação, 3.Seda/HRP/ H2O2: Após gelificação.(b) PBS silk fibroin solution was used to obtain the 3 spectra: 1. Silk / HRP / H2O2: After gelation, 2. Silk / HRP / H2O2: Before gelation, 3. Silk / HRP / H2O2: After gelation.

A Figura 4 representa a absorvância da solução de fibroina de seda obtida a 550 nm, e mistura seda/HRP/ H2O2, antes e após a gelificação. Solução de fibroina da seda 16 wt%, 0,84 mg/ml de solução de HRP em PBS, e 0,18 wt% de H2O2 emFigure 4 represents the absorbance of silk fibroin solution obtained at 550 nm, and silk / HRP / H2O2 mixture, before and after gelation. Silk fibroin solution 16 wt%, 0.84 mg / ml HRP solution in PBS, and 0.18 wt% H2O2 in

PBS foram usados (HRP/seda 0,26 wtb, H2O2/seda 1,10 wtb) . Para cada grupo, 50 ul de solução foi colocada numa placa de TCPS de 96 poços e medida num leitor de microplacas a 550 nm. A absorvância foi determinada antes e após a gelificação, utilizando a mesma amostra no poço. (A) Antes da gelificação, (B) Após gelificação, 1. Solução seda, 2. Seda/HRP/ Η2Ο2,3. Branco.PBS were used (HRP / 0.26 wtb silk, H 2 O 2 / 1.10 wtb silk). For each group, 50 µl of solution was placed in a 96-well TCPS plate and measured in a 550 nm microplate reader. Absorbance was determined before and after gelation using the same sample in the well. (A) Before gelation, (B) After gelation, 1. Silk solution, 2. Silk / HRP / Η 2 Ο 2 , 3. White.

A Figura 5 representa a microestrutura do hidrogel reticulado de fibroína de seda por aceção da HRP e liofilizado. Solução de fibroína da seda 16 wt%, 0,84 mg/ml de solução de HRP em PBS, e 0,18 wt% de H2O2 em PBS foram usados (HRP /seda 0,26wth, H2O2/seda 1,10 wth) .Figure 5 depicts the microstructure of the freeze-dried HRP crosslinked silk fibroin hydrogel. 16 wt% silk fibroin solution, 0.84 mg / ml HRP solution in PBS, and 0.18 wt% H 2 O 2 in PBS were used (HRP / 0.26wth silk, H2O2 / silk 1, 10 wth).

A Figura 6 representa as influências da HRP e H2O2 sobre o tempo de gelificação do hidrogel fibroína da seda reticulado por acção da HRP, determinada a 37°C. Seda-10, Seda-12, Seda-16 corresponde aos hidrogéis de seda preparadas a partir de soluões de fibroína de seda com 10 wt%, 12 wt%, e 16 wt%, respectivamente. (a) H2O2/seda: 1,10 wth, (b) HRP/seda: 0,26 wth. O tempo de gelificação foi determinado utilizando um método de inclinação do frasco. Cada condição foi testada em triplicado.(A) Seda-10, (B) Seda-12, (C) Seda-16.Figure 6 represents the influences of HRP and H2O2 on the gelation time of HRP crosslinked silk fibroin hydrogel determined at 37 ° C. Silk-10, Silk-12, Silk-16 correspond to silk hydrogels prepared from 10 wt%, 12 wt%, and 16 wt% silk fibroin solutions, respectively. (a) H 2 O 2 / silk: 1.10 wth, (b) HRP / silk: 0.26 wth. Gelling time was determined using a vial tilt method. Each condition was tested in triplicate (A) Silk-10, (B) Silk-12, (C) Silk-16.

A Figura 7 representa as influências da HRP e H2O2 no módulo de armazenamento do hidrogel peroxidase fibroína de seda mediada reticulado, medida por um reómetro de uma rotação (estirpe: 0,1%, frequência: 0,5 Hz) modelo, a 37°C. Seda-10, Seda-12, Seda-16 corresponde aos hidrogéis de seda preparadas a partir de soluões de fibroína de seda com 10 wt%, 12 wt%, e 16 wt%, respectivamente. (a) H2O2/seda: 1,10 wt%, (b) HRP/seda: 0,26 wth. Os valores foram determinados após o módulo atingir um valor linear e tornar-se estável durante 1 minuto. Cada condição foi testada em triplicado. (A) Seda-10, (B) Seda-12, (C) Seda-16.Figure 7 represents the influences of HRP and H 2 O 2 on the storage modulus of the cross-linked mediated silk fibroin peroxidase hydrogel, measured by a one-rotation rheometer (strain: 0.1%, frequency: 0.5 Hz) model, at 37 ° C. Silk-10, Silk-12, Silk-16 correspond to silk hydrogels prepared from 10 wt%, 12 wt%, and 16 wt% silk fibroin solutions, respectively. (a) H 2 O 2 / silk: 1.10 wt%, (b) HRP / silk: 0.26 wth. Values were determined after the modulus reached a linear value and became stable for 1 minute. Each condition was tested in triplicate. (A) Silk-10, (B) Silk-12, (C) Silk-16.

A Figura 8 representa a influência da HRP sobre as propriedades mecânicas dos hidrogéis de fibroina de seda reticulado por acção da HRP, nomeadamente sobre o módulo. O módulo foi determinado num reómetro de modelo de rotação a 37°C. Seda-10, Seda-12, Seda-16 corresponde aos hidrogéis de seda preparados a partir de soluções de fibroina de seda com 10 wt%, 12 wt%, e 16 wt%, respectivamente. HRP/Seda (wt.h): 0.13, 0.26, 0.39, 0.52. H2O2/seda foi fixado em 1,1 wtbo para todas as formulações, (a) Seda-10, (b) Seda-12 e (c) Seda-16: A frequência de análise foi fixada a 1 Hz. (d) Seda-10, (e) Seda-12, e (f) Seda-16: A frequência de análise foi fixada com tensão a 0,1%. Cada análise foi medida após o módulo do hidrogel fibroina de seda atingir um patamar durante 5 minutos.Figure 8 represents the influence of HRP on the mechanical properties of HRP cross-linked silk fibroin hydrogels, namely on the modulus. Modulus was determined on a rotation model rheometer at 37 ° C. Silk-10, Silk-12, Silk-16 corresponds to silk hydrogels prepared from 10 wt%, 12 wt%, and 16 wt% silk fibroin solutions, respectively. HRP / Silk (wt.h): 0.13, 0.26, 0.39, 0.52. H 2 O 2 / silk was set at 1.1 wtbo for all formulations, (a) Silk-10, (b) Silk-12 and (c) Silk-16: The analysis frequency was set to 1 Hz. (D ) Silk-10, (e) Silk-12, and (f) Silk-16: The frequency of analysis was set at a voltage of 0.1%. Each analysis was measured after the modulus of the silk fibroin hydrogel reached a plateau for 5 minutes.

A Figura 9 representa a influência de H2O2 sobre as propriedades mecânicas dos hidrogéis de fibroina de seda reticulado por acção da HRP, nomeadamente sobre o módulo. O módulo foi determinado num reómetro de modelo de rotação a 37°C. Seda-10, Seda-12, Seda-16 corresponde aos hidrogéis de seda preparados a partir de soluções de fibroina de seda com 10 wt%, 12 wt%, e 16 wt%, respectivamente. H2O2/seda (wt.h): 0.80, 0.95, 1.10, 1.25, 1.45. HRP/seda foi fixo em 0,26 wtbo por todas as formulações. (a)Seda-10, (b)Seda-12 e (c) Seda-16: A frequência de análise foi fixada a 1 Hz.Figure 9 represents the influence of H2O2 on the mechanical properties of HRP crosslinked silk fibroin hydrogels, namely on the modulus. Modulus was determined on a rotation model rheometer at 37 ° C. Silk-10, Silk-12, Silk-16 corresponds to silk hydrogels prepared from 10 wt%, 12 wt%, and 16 wt% silk fibroin solutions, respectively. H 2 O 2 / Silk (wt.h): 0.80, 0.95, 1.10, 1.25, 1.45. HRP / silk was set at 0.26 wtbo for all formulations. (a) Silk-10, (b) Silk-12 and (c) Silk-16: The analysis frequency has been set to 1 Hz.

(d) Seda-10, (e) Seda-12, e (f) Seda-16: A frequência de análise foi fixada com tensão a 0,1%. Cada análise foi medida após o módulo do hidrogel fibroina de seda atingir um patamar durante 5 minutos.(d) Silk-10, (e) Silk-12, and (f) Silk-16: The frequency of analysis was set at 0.1% voltage. Each analysis was measured after the modulus of the silk fibroin hydrogel reached a plateau for 5 minutes.

A Figura 10 representa a percentagem de inchamento do hidrogel de fibroina da seda reticulado por acção da HRP em água destilada (a), e de PBS (b). (A) HRP/Seda: 0.26 wt.ú; H2O2/Seda: 1.10 wt.ú (B) HRP/Seda: 0.52 wt.ú; H2O2/Seda: 1.10 wt.h (C) HRP/Seda: 0.26 wt.h; H2O2/Seda: 1.45 wt.h.Figure 10 represents the percentage swelling of cross-linked silk fibroin hydrogel by HRP in distilled water (a) and PBS (b). (A) HRP / Silk: 0.26 wt.u; H 2 O 2 / Silk: 1.10 wt.u (B) HRP / Silk: 0.52 wt.u; H 2 O 2 / Silk: 1.10 wt.h (C) HRP / Silk: 0.26 wt.h; H 2 O 2 / Silk: 1.45 wt.h.

A Figura 11 representa os perfis de degradação enzimática do hidrogel fibroina de seda reticulado por acção da HRP, a 37°C. Seda-10, Seda-12, Seda-16. Seda-10, Seda-12, Seda-16 corresponde aos hidrogéis de seda preparados a partir de soluções de fibroina de seda com 10 wt%, 12 wt%, e 16 wt%, respectivamente. Para cada teste, cerca de 500 mg de hidrogel de fibroina da seda foi imerso em 5 ml de PBS contendo 0,025 U Protease XIV obtida da Streptomyces griseus (0.005 U/ml). (a) HRP/Seda: 0.26 wt.ú; H2O2/Seda: 1.10 wt.ú (b) HRP/Seda: 0.52 wt.ú; H2O2/Seda: 1.10 wt.ú (c) HRP/Seda: 0.26 wt.ú; H2O2/Seda: 1.45 wt.ú.Figure 11 shows the enzymatic degradation profiles of HRP cross-linked silk fibroin hydrogel at 37 ° C. Silk-10, Silk-12, Silk-16. Silk-10, Silk-12, Silk-16 corresponds to silk hydrogels prepared from 10 wt%, 12 wt%, and 16 wt% silk fibroin solutions, respectively. For each test, about 500 mg silk fibroin hydrogel was immersed in 5 ml PBS containing 0.025 U Protease XIV obtained from Streptomyces griseus (0.005 U / ml). (a) HRP / Silk: 0.26 wt.u; H2O2 / Silk: 1.10 wt.u (b) HRP / Silk: 0.52 wt.u; H 2 O 2 / Silk: 1.10 wt.u (c) HRP / Silk: 0.26 wt.u; H 2 O 2 / Silk: 1.45 wt.u.

A Figura 12 representa as propriedades de memória de forma do hidrogel fibroina de seda reticulado por acção da HRP. A concentração da fibroina da seda foi 16 wt%, HRP/seda foi de 0,2 6 wtú, H2O2/seda foi de 1,1 wtú. O hidrogel de fibroina de seda foi preparado primeiramente num molde (a), e, em seguida, o hidrogel foi removido do molde (b). Hidrogel de fibroina de seda após imersão em água destilada durante 12 horas (c). O diâmetro do hidrodel de fibroina da seda foi recuperado, após a imersão em PBS durante o período de 12 horas (d).Figure 12 depicts the shape memory properties of HRP crosslinked silk fibroin hydrogel. The concentration of silk fibroin was 16 wt%, HRP / silk was 0.26 wtú, H 2 O 2 / silk was 1.1 wtú. Silk fibroin hydrogel was first prepared in a mold (a), and then the hydrogel was removed from mold (b). Silk fibroin hydrogel after soaking in distilled water for 12 hours (c). The diameter of the silk fibroin hydrodel was recovered after immersion in PBS during the 12 hour period (d).

A Figura 13 representa a variação do diâmetro do hidrogel fibroína de seda reticulado por acção da alternadamente em água destilada e PBS.Figure 13 represents the diameter variation of the crosslinked silk fibroin hydrogel alternately in distilled water and PBS.

HRP quando imersoHRP when immersed

Seda-10, Seda-12,Silk-10, Silk-12,

Seda-16.Silk-16.

Seda-10,Silk-10,

Seda-12, Seda-16 corresponde aos hidrogéis de seda preparados a partir de soluções de fibroína de seda com 10 wt%, wt%, e 16Silk-12, Silk-16 corresponds to silk hydrogels prepared from 10 wt%, wt%, and 16 wt% silk fibroin solutions

1, 1 wt to,1, 1 wt to,

W t 00 · (A)W t 00 · (A)

HRP/seda é deHRP / silk is from

0,26 wtt, H2O2/seda é de (b) HRP/seda é de 0,2 6 wtt,0.26 wtt, H 2 O 2 / silk is (b) HRP / silk is 0.26 wtt,

H2O2/seda é deH 2 O 2 / silk is of

1,45 horas em PBS.1.45 hours in PBS.

A Figura 14 representa as fotografias do hidrogel fibroína de seda reticulado por acção da HRP, antes de (a) , e após (b) imersão em metanol durante 5 minutos.Figure 14 depicts photographs of HRP cross-linked silk fibroin hydrogel before (a) and after (b) immersion in methanol for 5 minutes.

A Figura 15 representa as imagens transversais do hidrogel fibroína de seda reticulado por acção da HRP, após imersão em metanol pelo periodo de: (a) 0, (b) 1, (c) 3, (d) 5, e (e) 10 minutos. A concentração de fibroína da seda é de 16 wt%, HRP/seda é de 0,26 wth, H2O2/seda é de 1,1 wth. Podem observar-se as multicamadas do hidrogel de fibroína de seda preparado através da imersão do hidrogel em metanol.Figure 15 shows the cross-sectional images of HRP-crosslinked silk fibroin hydrogel after immersion in methanol for the period of: (a) 0, (b) 1, (c) 3, (d) 5, and (e) 10 minutes. The silk fibroin concentration is 16 wt%, HRP / silk is 0.26 wth, H 2 O 2 / silk is 1.1 wth. The multilayers of the silk fibroin hydrogel prepared by immersion of the hydrogel in methanol can be observed.

A Figura 16 representa a espessura da camada externa do hidrogel de fibroína da seda, preparado por imersão do hidrogel em metanol durante diferentes períodos de tempo. A concentração de fibroína da seda é de 16 wt%. (A) HRP/seda é de 0,26 wtt, H2O2/seda é de 1,45 wtt, (B) HRP/seda é de 0,2 6 wtt, H2O2/seda é de 1,1 wtt.Figure 16 represents the thickness of the outer layer of silk fibroin hydrogel prepared by immersing the hydrogel in methanol over different time periods. The silk fibroin concentration is 16 wt%. (A) HRP / silk and 0.26 wtt, H 2 O 2 / silk and 1.45 wtt, (B) HRP / silk 6 is 0.2 wtt, H 2 O 2 / silk is 1, 1 wtt.

* Indica diferença significativa entre as duas formulações do hidrogel de fibroína da seda imersas em metanol durante o mesmo periodo de tempo.* Indicates significant difference between the two formulations of silk fibroin hydrogel immersed in methanol over the same time period.

A Figura 17 representa os espectros ATR das multicamdas do hidrogel de fibroína de seda reticulado por acção da HRP e imerso em metanol durante 5 minutos. A concentração de fibroína da seda é de 16 wt%, HRP/seda é de 0,26 wtk, H2O2/seda é de 1,1 wtk. (1) Camada exterior, (2) Solução de seda, (3) Camada interna.Figure 17 depicts the ATR spectra of the HRP-crosslinked silk fibroin hydrogel multicolayers immersed in methanol for 5 minutes. The silk fibroin concentration is 16 wt%, HRP / silk is 0.26 wtk, H 2 O 2 / silk is 1.1 wtk. (1) Outer layer, (2) Silk solution, (3) Inner layer.

A Figura 18 representa o perfil de degradação enzimática da camada exterior pele do hidrogel de fibroína da seda reticulado por acção da HRP, após imersão em metanol durante diferentes períodos de tempo. (1) 3 min, (2) 5 min, (3) 10 min. O teste foi realizado a 37°C. A concentração de fibroína da seda é de 16 wt%, HRP/seda é de 0,26 wtú, H2O2/seda é de 1,1 wtk. Em cada teste, cerca de 100 mg exterior camada de hidrogel fibroína de seda foi imerso em 5 ml de PBS contendo 1 U Protease XIV obtida da Streptomyces griseus (0,2 U/ml).Figure 18 depicts the enzymatic degradation profile of the outer skin layer of HRP-crosslinked silk fibroin hydrogel after immersion in methanol for different time periods. (1) 3 min, (2) 5 min, (3) 10 min. The test was performed at 37 ° C. The silk fibroin concentration is 16 wt%, HRP / silk is 0.26 wtú, H 2 O 2 / silk is 1.1 wtk. In each test, about 100 mg of the outer layer of silk fibroin hydrogel was immersed in 5 ml PBS containing 1 U Protease XIV obtained from Streptomyces griseus (0.2 U / ml).

A Figura 19 representa o perfil de degradação enzimática da porção interna do hidrogel de fibroína da seda reticulado por acção da HRP, após imersão em metanol durante 5 minutos. O teste foi realizado a 37°C. A concentração de fibroína da seda é de 16 wt%, HRP/seda é de 0,26 wtk, H2O2/seda é de 1,1 wtk. Em cada teste, a cerca de 300 mg de camada interna de hidrogel foi imerso em 5 ml de PBS contendo 0,025 U Protease XIV obtida da Streptomyces griseus (0.005 U/ml).Figure 19 shows the enzymatic degradation profile of the internal portion of the HRP crosslinked silk fibroin hydrogel after immersion in methanol for 5 minutes. The test was performed at 37 ° C. The silk fibroin concentration is 16 wt%, HRP / silk is 0.26 wtk, H 2 O 2 / silk is 1.1 wtk. In each test, about 300 mg of hydrogel inner layer was immersed in 5 ml PBS containing 0.025 U Protease XIV obtained from Streptomyces griseus (0.005 U / ml).

A Figura 20 representa a viabilidade celular (ensaio MTS). Células ATDC-5 foram encapsuladas no hidrogel in vitro. A concentração de fibroína da seda é de 16 wt%, HRP/seda é deFigure 20 represents cell viability (MTS assay). ATDC-5 cells were encapsulated in the hydrogel in vitro. The silk fibroin concentration is 16 wt%, HRP / silk is

0,26 wtú, 0.26 wtú, (A) H2O2/seda é de 1,1 wtú ou (B) 1,45 wtú. A (A) H2O2 / silk is 1.1 wtú or (B) 1.45 wtú. THE densidade density celular usada é de 1 milhão de células/ml de The cell phone used is 1 million cells / ml of hidrogel. hydrogel. As células foram encapsuladas no gel de sida The cells were encapsulated in the AIDS gel. contendo containing HRP e H2O2, e em seguida 50 ui mistura foi HRP and H2O2, and then 50 ml mixture was

colocada sobre uma lamela de TCPS até formação de gel, em condições de esterilidade. As células/hidrogel de fibroína de seda foram cultivadas em meio alfa-MEM e a viabilidade celular foi testada recorrendo ao ensaio de MTS, após diferentes períodos de tempo.placed on a TCPS coverslip until gel formation under sterile conditions. Silk fibroin cells / hydrogel were cultured in alpha-MEM medium and cell viability was tested using the MTS assay after different time periods.

A Figura 21 revela as células ATDC-5 encapsuladas no hidrogel de fibroína de seda após imersão em meio contendo MTS, durante 3 horas. A concentração de fibroína da seda é de 16 wt%, HRP/seda é de 0,26 wtú, f^Ch/seda é de 1,1 wtú. As células ATDC-5 foram cultivadas no hidrogel fibroína de seda, durante 1 dia.Figure 21 shows ATDC-5 cells encapsulated in the silk fibroin hydrogel after immersion in medium containing MTS for 3 hours. The concentration of silk fibroin is 16 wt%, HRP / silk is 0.26 wtú, Ch / silk is 1.1 wtú. ATDC-5 cells were cultured on silk fibroin hydrogel for 1 day.

A Figura 22 representa as imagens de microscópia de fluorescência das células ATDC-5 encapsuladas no hidrogelFigure 22 depicts fluorescence microscopy images of hydrogel encapsulated ATDC-5 cells

de fibroína of fibroin da gives seda silk após after 11 dias 11 days em cultura. in culture. (A) (THE) 1 dia, 1 day, (B) (B) 3 dias, 3 days, (C) (W) 7 7th dias, e days, and (D) (D) 11 11 dias. A days THE concentração de concentration of fibroína fibroin da gives seda é silk is de 16 of 16 wt% . wt%. d d ) HRP/seda ) HRP / silk é is : de : in 0,26 0.26 W160 f W160 f H2O2/sedaH 2 O 2 / silk é is de in 1,1 1.1 W160 f W160 f 5X; 5X; (2) (2) HRP/seda HRP / silk é is de in 0,26 0.26 wt 60 f wt 60 f H2O2/sedaH 2 O 2 / silk é is de in 1,1 1.1 w t 60 f w t 60 f 2 0x; 2 0x; (3) (3) HRP/seda HRP / silk é is de in 0,26 0.26 w t 60 f w t 60 f H2O2/seda H2O2 / silk é is de in 1,45 1.45 w t 60 f w t 60 f 5X; 5X; (4) (4) HRP/seda HRP / silk é is de in 0,26 0.26 w t 60 f w t 60 f H2O2/seda H2O2 / silk é is de in 1,4 5wtú. 1.4 5wtú. Ensaio Test de calcein from calcein AM AM (coloração (coloring

verde mostra as células vivas) e iodeto de propídio (coloração vermelho mostra as células mortas). HRP/seda é de 0,2 6 wtú, H2O2/seda é de 1,1 wtú.green shows living cells) and propidium iodide (red staining shows dead cells). HRP / silk is 0.26 wtú, H2O2 / silk is 1.1 wtú.

Descrição Detalhada da InvençãoDetailed Description of the Invention

Deve ser entendido que esta invenção não está limitada aos protocolos específicos, método (s), reagente (s) etc., aqui descritos e, como tal, podem haver alterações. A terminologia utilizada aqui tem o propósito de descrever apenas formas de realização particulares, e não se destina a limitar o âmbito da presente invenção, que é definido exclusivamente nas reivindicações.It should be understood that this invention is not limited to the specific protocols, method (s), reagent (s) etc. described herein and as such may be altered. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only, and is not intended to limit the scope of the present invention which is defined solely in the claims.

Todas as patentes e outras publicações aqui expressamente incorporadas como identificadas são referência com a finalidade de descrever e divulgar.All patents and other publications expressly incorporated herein as identified are reference for the purpose of describing and disclosing.

método(s) publicações e relatórios podem ser relacionados com a presente invenção. Estes trabalhos são publicados antes da data de submissão da presente invenção. Nada neste contexto deve ser entendido como uma admissão de que os inventores não têm direito a antedatar tal divulgação em virtude de uma anterior invenção ou por qualquer outra razão.Method (s) publications and reports may be related to the present invention. These works are published prior to the date of submission of the present invention. Nothing in this context should be construed as an admission that inventors are not entitled to antedate such disclosure by virtue of an earlier invention or for any other reason.

A menos que definido em contrário, todos os termos aqui utilizados têm o mesmo significado que os geralmente compreendidos por um especialista na técnica à qual esta invenção diz respeito.Unless otherwise defined, all terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention pertains.

Esta invenção proporciona métodos para a preparação de hidrogéis de fibroína de seda reticulados por peroxidase e a sua utilização no campo da engenharia de tecidos e medicina regenerativa, como material bioadesivo ou libertação controlada de agentes bioactivos. Esta invenção propõe um novo hidrogel e suas formulações que podem ser usadas como um sistema minimamente invasivo para a regeneração de tecidos. Este sistema pode ser utilizado em conjunto ou carregado com células e/ou outras combinações para restaurar, manter ou melhorar as funções dos tecidos. Além disso, este sistema permite a conjugação com outras moléculas, e podem ser utilizado para libertação controlada de moléculas bioactivas. Os hidrogéis de fibroina de seda enzimaticamente reticulados permitem a incorporação de material genético, agentes bioactivos, a detecção e a segmentação agentes, moléculas condutoras e materiais inorgânicos, proporcionando sistemas versáteis e em camadas que podem ser usados como material de preenchimento, bem como em revestimentos para melhorar a função de um dispositivo médico, ou em eletrónica ou optoeletrónica ou outras aplicações farmacêuticas e médicas.This invention provides methods for the preparation of peroxidase crosslinked silk fibroin hydrogels and their use in the field of tissue engineering and regenerative medicine as bioadhesive material or controlled release of bioactive agents. This invention proposes a novel hydrogel and its formulations that can be used as a minimally invasive tissue regeneration system. This system may be used in conjunction or loaded with cells and / or other combinations to restore, maintain or enhance tissue functions. In addition, this system allows conjugation with other molecules, and may be used for controlled release of bioactive molecules. Enzymatically crosslinked silk fibroin hydrogels allow the incorporation of genetic material, bioactive agents, detection and segmentation agents, conductive molecules and inorganic materials, providing versatile and layered systems that can be used as filler as well as coatings to improve the function of a medical device, or in electronics or optoelectronics or other pharmaceutical and medical applications.

Fibroina de seda é um biomaterial biodegradável versátil que contém grande quantidade de sequências de repetição glicina-alanina-glicina-alanina-glicina-serina (GAGAGS), permitindo a formação de uma estrutura anti-paralela β que confere à fibroina de seda uma resistência superior. Existem também vários aminoácidos reactivos na fibroina de seda que permitem a modificação química para adaptar esta proteína às aplicações desejadas, tais como a serina, treonina, os ácido aspártico e glutâmico e a tirosina.Silk Fibroin is a versatile biodegradable biomaterial that contains a large number of glycine-alanine-glycine-alanine-glycine-serine repeat sequences (GAGAGS), allowing the formation of an anti-parallel β structure that gives silk fibroin superior strength. . There are also several reactive amino acids in silk fibroin that allow chemical modification to adapt this protein to desired applications such as serine, threonine, aspartic and glutamic acid and tyrosine.

fibroina de seda contém cerca de mol% de grupos de tirosina, os quais podem ser oxidados por peroxidase/peróxido de hidrogénio e, subsequentemente, reticulados para formar uma rede tridimensional. Os hidrogéis de fibroina de seda desenvolvidos na presente invenção formam-se devido aos grupos reticulados de tirosina na fibroina de seda.Silk fibroin contains about mol% tyrosine groups which can be oxidized by peroxidase / hydrogen peroxide and subsequently crosslinked to form a three dimensional network. Silk fibroin hydrogels developed in the present invention are formed due to the tyrosine cross-linked groups in silk fibroin.

A solução de fibroina de seda foi preparada como descrito anteriormente, mas com importantes modificações (Sofia et al, J. Biomed Mater Res A 2001, 54:139-148. Patente WO 2010/036992, e Patente WO 2003/022909 2003 / 022.909), de modo a controlar as propriedades finais da solução de seda, tal como pH e teor de iões (s) . Foram preparadas soluções aquosas de fibroina de seda com elevada concentração (pode chegar a 30 wt.%) e contendo PBS. O PBS permitiu a regulação do valor de pH da solução de fibroina de seda. A solução de fibroina de seda concentrada foi diluída em diferentes concentrações. Os hidrogéis foram preparados através da adição de diferentes quantidades de peroxidase (por exemplo, peroxidase de rábano) e peróxido (tal como peróxido de hidrogénio) às soluções de fibroina seda (Figura 1) . O processo de reticulação pode ser efectuado numa vasta gama de temperaturas. Os hidrogéis desenvolvidos podem ser degradados pela proteólise in vivo ou in vitro. O tempo de gelificação e o desempenho mecânico dos hidrogéis formados de fibroina de seda foram investigados. A performance biológica dos hidrogéis foi avaliada in vitro.The silk fibroin solution was prepared as described above, but with major modifications (Sofia et al., J. Biomed Mater Res A 2001, 54: 139-148. WO 2010/036992, and WO 2003/022909 2003 / 022.909 ), in order to control the final properties of the silk solution, such as pH and ion content (s). High concentration (up to 30 wt.%) Silk fibroin aqueous solutions containing PBS were prepared. PBS allowed the pH value of the silk fibroin solution to be adjusted. The concentrated silk fibroin solution was diluted at different concentrations. Hydrogels were prepared by adding different amounts of peroxidase (e.g. horseradish peroxidase) and peroxide (such as hydrogen peroxide) to silk fibroin solutions (Figure 1). The crosslinking process can be carried out over a wide range of temperatures. Developed hydrogels may be degraded by proteolysis in vivo or in vitro. The gelation time and mechanical performance of silk fibroin formed hydrogels were investigated. The biological performance of hydrogels was evaluated in vitro.

Os desempenhos físico-químicos e biológicos dos hidrogéis podem ser adaptados numa ampla gama de diferentes formulações e condições de reacção. Por exemplo, o desempenho mecânico pode ser ajustado, utilizando soluções de fibroina de seda de concentrações diferentes ou utilizando diferentes quantidades de peroxidase. O tempo de gelificação das soluções aquosas de PBS contendo fibroina de seda também pode ser controlado pela concentração de fibroina de seda, do tipo e concentração do oxidante (por exemplo, peróxido), luz (por exemplo, a exposição à luz UV) , pH e temperatura. Outros desempenhos dos hidrogéis de seda, como a durabilidade, a capacidade de absorção e a taxa de degradação também podem ser modulados numa ampla gama dependendo das condições de preparação. O controlo da performance dos hidrogéis fibroina de seda produzidos na presente invenção pode satisfazer diferentes requisitos na área da engenharia de tecidos e medicina regenerativa, quando aplicado a eles como matriz injectável para a regeneração de tecidos ou um sistema de libertação de agentes bioactivos ou outras aplicações relevantes como acima mencionado.The physicochemical and biological performance of hydrogels can be adapted over a wide range of different formulations and reaction conditions. For example, mechanical performance may be adjusted by using silk fibroin solutions of different concentrations or by using different amounts of peroxidase. The gelation time of PBS aqueous solutions containing silk fibroin can also be controlled by the concentration of silk fibroin, the type and concentration of oxidant (eg peroxide), light (eg exposure to UV light), pH and temperature. Other performances of silk hydrogels, such as durability, absorption capacity and degradation rate can also be modulated over a wide range depending on preparation conditions. Performance control of silk fibroin hydrogels produced in the present invention may satisfy different requirements in the field of tissue engineering and regenerative medicine when applied to them as an injectable matrix for tissue regeneration or a bioactive agent delivery system or other applications. relevant as mentioned above.

As propriedades dos hidrogéis de fibroína de seda reticulados por peroxidase preparados podem ser modificadas por pós-tratamentos. A forma dos hidrogéis preparados pode ser ajustada por imersão em soluções com força iónica diferente. 0 tamanho dos hidrogéis vai aumentar após imersão em soluções de força iónica baixa. E o seu tamanho pode ser recuperado, até certo ponto, ao tamanho original, aumentando a força iónica das soluções. Os hidrogéis de fibroína de seda reticulados por peroxidase podem ser usados como uma plataforma para preparar uma matriz com conformações espaciais controláveis. Como exemplos, pode ser formada uma estrutura em camadas por imersão do preparado fresco ou hidrogél expandido por imersão em solventes orgânicos, misturas de solventes orgânicos, misturas de água e solventes orgânicos, ou por meio de tratamento de campo eléctrico, ou outros tratamentos, ou qualquer combinação destes.The properties of prepared peroxidase crosslinked silk fibroin hydrogels may be modified by post-treatments. The shape of the prepared hydrogels can be adjusted by immersion in solutions with different ionic strength. The size of the hydrogels will increase after immersion in low ionic strength solutions. And their size can be restored to some extent to their original size, increasing the ionic strength of the solutions. Peroxidase crosslinked silk fibroin hydrogels can be used as a platform to prepare a matrix with controllable spatial conformations. As examples, a layered structure may be formed by dipping the fresh preparation or expanded hydrogel by dipping in organic solvents, mixtures of organic solvents, mixtures of water and organic solvents, or by electric field treatment or other treatments, or any combination of these.

Qualquer combinação de conformação pode também ser desenvolvida usando hidrogéis de fibroína de seda reticulados por peroxidase, com outros tratamentos. A propriedade de memória de forma e/ou a estrutura em camadas dos hidrogéis de fibroína de seda reticulados por peroxidase abre possibilidades ilimitadas para a sua aplicação em engenharia de tecidos e medicina regenerativa, libertação controlada de agentes bioactivos, e como material de preenchimento, bem como em revestimentos para melhorar a função de dispositivos médicos ou outras aplicações farmacêuticas ou médicas.Any conformation combination can also be developed using peroxidase crosslinked silk fibroin hydrogels with other treatments. The shape memory property and / or layer structure of peroxidase crosslinked silk fibroin hydrogels opens unlimited possibilities for their application in tissue engineering and regenerative medicine, controlled release of bioactive agents, and as a filler as well as as coatings to enhance the function of medical devices or other pharmaceutical or medical applications.

Estes hidrogéis de fibroina de seda reticulados por peroxidase preparados de fresco ou modificados por póstratamento, usados sozinhos ou em combinação com moléculas inorgânicas, de detecção e materiais condutores, podem também ter potenciais aplicações em electrónica ou optoelectrónica. No que diz respeito à sua aplicação no nestes campos, estes materiais podem ser aplicados por métodos manuais ou utilizando um dispositivo de distribuição automática, sendo reticulados durante ou depois da deposição.These freshly prepared or post-treatment modified peroxidase crosslinked silk fibroin hydrogels, used alone or in combination with inorganic detection molecules and conductive materials, may also have potential applications in electronics or optoelectronics. With regard to their application in these fields, these materials may be applied by manual methods or using an automatic dispensing device, being crosslinked during or after deposition.

A descrição da presente invenção é complementada por meio de exemplos que se destinam a proporcionar uma melhor compreensão da mesma, embora estes exemplos não devam ser tratados com um carácter restritivo.The description of the present invention is complemented by examples which are intended to provide a better understanding thereof, although these examples should not be treated with a restrictive character.

Exemplo 1: Preparação de solução concentrada fibroina de sedaExample 1: Preparation of Silk Fibroin Concentrated Solution

A solução de fibroina de seda foi preparada como descrito anteriormente, mas com modificações (Sofia et al, J. Biomed Mater Res A 54:139-148, 2001, WO Patent 2010/036992, e WO Patent 2003/022909 2003/022909), a fim de controlar as propriedades finais da solução de seda, tal como o valor de pH e conteúdo de iões. A fibroina de seda Bombyx Mori foi extraída por ebulição dos casulos de uma solução de carbonato de sódio (0,02 M, Sigma, EUA) durante uma hora e, em seguida, lavada abundantemente com água destilada. A fibroina de seda purificada foi dissolvida em 9,3 M solução de brometo de lítio (Sigma, EUA) a 70°C durante 1 hora. Em seguida, a solução foi dializada com água destilada utilizando um tubo de diálise benzoilado (peso molecular de corte: 2000, Sigma, EUA), para o período de 2 dias. Em seguida, a solução aquosa de fibroína de seda foi dialisada contra uma solução salina diluída de fosfato tampão (PBS, Sigma, EUA), uma solução (0,2 wt% Em água destilada) durante 24 horas. Depois, a solução dialisada de fibroína de seda foi concentrada por diálise contra uma solução de polietileno glicol com concentração de 20% em peso (20.000 g/mol, Sigma, EUA), durante 9 horas. Finalmente, o tubo de diálise foi cuidadosamente lavado com água destilada e a solução de fibroína de seda foi recolhida para um frasco. O valor do pH da solução concentrada de seda fibroína pode ser ajustado, utilizando soluções de diferentes concentrações de PBS, durante o processo de diálise acima mencionada. A concentração final da fibroína de seda concentrada foi determinada através da medição do peso seco das soluções de fibroína de seda. A solução de fibroína de seda preparada foi armazenada a 4 °C até à sua utilização. O teor de PBS na solução de fibroína de seda foi testada por análise gravimétrica termal (TGA), e os resultados mostraram que o teor de PBS na solução de fibroína de seda pode ser controlado entre 1,5-2% (PBS/seda, em % de peso). E o pH da solução de fibroína de seda sem o PBS foi na gama de 5,6-6,2. Após a incorporação de PBS na solução de fibroína de seda, o pH da solução pode ser controlado na gama de 7,0-7,4, que é adequado para a incorporação de células ou factores bioactivos.Silk fibroin solution was prepared as described above, but with modifications (Sofia et al., J. Biomed Mater Res. A 54: 139-148, 2001, WO Patent 2010/036992, and WO Patent 2003/022909 2003/022909) , in order to control the final properties of the silk solution, such as pH value and ion content. Bombyx Mori silk fibroin was extracted by boiling the cocoons of a sodium carbonate solution (0.02 M, Sigma, USA) for one hour and then washed thoroughly with distilled water. Purified silk fibroin was dissolved in 9.3 M lithium bromide solution (Sigma, USA) at 70 ° C for 1 hour. The solution was then dialyzed with distilled water using a benzoyl dialysis tube (molecular weight cut: 2000, Sigma, USA) for a period of 2 days. Then, the aqueous silk fibroin solution was dialyzed against a dilute phosphate buffered saline (PBS, Sigma, USA), a solution (0.2 wt% In distilled water) for 24 hours. The dialysed silk fibroin solution was then concentrated by dialysis against a 20 wt% polyethylene glycol solution (20,000 g / mol, Sigma, USA) for 9 hours. Finally, the dialysis tube was carefully rinsed with distilled water and the silk fibroin solution was collected into a vial. The pH value of the concentrated fibroin silk solution can be adjusted using solutions of different PBS concentrations during the above dialysis process. The final concentration of concentrated silk fibroin was determined by measuring the dry weight of silk fibroin solutions. The prepared silk fibroin solution was stored at 4 ° C until use. The PBS content in the silk fibroin solution was tested by thermal gravimetric analysis (TGA), and the results showed that the PBS content in the silk fibroin solution can be controlled between 1.5-2% (PBS / silk, in weight%). And the pH of the silk fibroin solution without PBS was in the range of 5.6-6.2. Following incorporation of PBS into the silk fibroin solution, the pH of the solution may be controlled in the range 7.0-7.4, which is suitable for incorporation of bioactive cells or factors.

Exemplo 2: Formação Hydrogel-Método 1Example 2: Hydrogel Formation-Method 1

A fim de produzir hidrogéis de fibroína de seda reticulados por peroxidade, foram preparadas soluções de fibroína de seda com diferentes concentrações (2-30 wt.%) por diluição com uma solução de PBS. A peroxidase de rábano (HRP, 260 unidade/mg, Sigma, EUA) e peróxido de hidrogénio (H2O2,In order to produce peroxity crosslinked silk fibroin hydrogels, silk fibroin solutions of different concentrations (2-30 wt.%) Were prepared by dilution with a PBS solution. Horseradish peroxidase (HRP, 260 units / mg, Sigma, USA) and hydrogen peroxide (H2O2,

Sigma, EUA), as soluções foram preparadas por dissolução em PBS. Em seguida, as soluções de HRP e H2O2 foram adicionados às soluções de fibroína de seda em diferentes concentrações, variando de 1 a 1000 ug/ml e de 0,5 a 50 mmol/ml, respectivamente. A mistura foi suavemente agitada e em seguida a gelificação foi realizada em banho-maria ou na estufa a differentes temperaturas, variando de 5 a 50 °C. O hidrogel também pode ser processado em diferentes formas, utilizando diferentes moldes e colocando-os num forno à temperatura necessária. Pode ser preparado um disco de hidrogel de fibroína de seda a partir de um molde de 7,5 mm de diâmetro (Figura 2b), utilizando solução de fibroína de seda a 16% em peso com PBS (o teor em PBS na solução de seda foi de 1,7%, e o pH igual a 7,2), juntamente com 0,84 mg/ml de HRP em PBS e 0,18 wt. % de H2O2 em PBS (HRP/seda 0,26¾½ H2O2/Silk 1,10ío) . Não só a solução de fibroína de seda com PBS pode ser usada para a preparação de hidrogéis reticulados por peroxidase, como a mesma solução sem PBS também foi capaz de formar hidrogel sob o mesmo método. Por exemplo, o hidrogel de fibroína de seda pode ser preparado num frasco utilizando 16 wt% de solução de fibroína de seda pura, juntamente com 0,84 mg de solução de HRP/ml em PBS e 0,18 wt% de H2O2 em PBS (HRP/seda 0,26 wtk, H2O2/seda 1,10 wtk) num banho a 37°C (Figura 2a) . Nos estudos seguintes, Silk-10, Silk-12, Silk-16 eram correspondentes a hidrogéis de seda preparados com 10 wt%, 12 wt%, e 16 wt% de solução de fibroína de seda, respectivamente. Além disso, se não mencionado nos exemplos a seguir, as concentrações de H2O2 e HRP foram de 0,84 mg/ml e 0,18 wt%, e a solução de fibroína de seda foi de PBS (PBS teor em solução de seda foi de 1,7%, e o pH era de 7,2.Sigma, USA), solutions were prepared by dissolving in PBS. HRP and H2O2 solutions were then added to silk fibroin solutions at different concentrations, ranging from 1 to 1000 µg / ml and 0.5 to 50 mmol / ml, respectively. The mixture was gently stirred and then gelation was performed in a water bath or oven at different temperatures, ranging from 5 to 50 ° C. The hydrogel can also be processed into different shapes using different molds and placing them in an oven at the required temperature. A silk fibroin hydrogel disc can be prepared from a 7.5 mm diameter mold (Figure 2b) using 16% by weight silk fibroin solution with PBS (the PBS content in the silk solution 1.7%, and pH 7.2), along with 0.84 mg / ml HRP in PBS and 0.18 wt. % H2O2 in PBS (HRP / 0.26 ½ silk H2O2 / Silk 1.10%). Not only could PBS silk fibroin solution be used for the preparation of peroxidase cross-linked hydrogels, but the same solution without PBS was also able to form hydrogel under the same method. For example, silk fibroin hydrogel may be prepared in a flask using 16 wt% pure silk fibroin solution, together with 0.84 mg HRP solution / ml in PBS and 0.18 wt% H2O2 in PBS. (HRP / 0.26 wtk silk, H 2 O 2 / 1.10 wtk silk) in a bath at 37 ° C (Figure 2a). In the following studies, Silk-10, Silk-12, Silk-16 corresponded to silk hydrogels prepared with 10 wt%, 12 wt%, and 16 wt% silk fibroin solution, respectively. In addition, if not mentioned in the following examples, H 2 O 2 and HRP concentrations were 0.84 mg / ml and 0.18 wt%, and the silk fibroin solution was PBS (PBS solution content Silk content was 1.7%, and the pH was 7.2.

Exemplo 2: Método de Formação Hydrogel- método 2Example 2: Hydrogel Formation Method - Method 2

A fim de produzir hidrogéis de fibroina de seda reticulados por peroxidase, foram preparadas soluções de fibroina de seda de diferentes concentrações (2 a 20 wt%) por diluição da solução de fibroina de seda concentrada com PBS. A solução de peroxidase de rábano (HRP, 260 unidade/mg, Sigma, EUA) foi preparada por dissolução em PBS. O peróxido de cálcio (pureza de 75%, Sigma, EUA) foi dissolvido em 0,1 M de HC1, e em seguida, o valor do pH da solução aumentou para 5,0. As soluções de HRP e de peróxido de cálcio foram adicionadas às soluções de fibroina de seda com diferentes concentrações, variando de 1 a 1000 ug/ml e de 0,5 a 50 mmol/ml, respectivamente. A mistura foi suavemente agitada e em seguida a gelificação foi realizada a diferentes temperaturas, variando entre 5°C a 50°C. O hidrogel pode ser processado em diferentes formas, utilizando moldes variados e colocando-os numa estufa à temperatura necessária. Aqui, o peróxido de cálcio foi utilizado como fonte de peróxido, presumindo-se que 1 mol de peróxido de cálcio dará origem a uma mol de peróxido de hidrogénio no presente estudo. De acordo com os cálculos, a concentração da solução de peróxido de cálcio de 0,51 wt% é igual a 0,18% H2O2 em peso em solução, neste estudo. Por exemplo, o disco de hidrogel de fibroina de seda pode ser preparado por este método que utiliza a 16 wt% de solução de fibroina de seda, com PBS (teor de PBS em solução de seda foi de 1,7%, e o pH era de 7,2), juntamente com 0,84 mg/ml de solução de HRP em PBS e 0,51 wt. CaO2% em água destilada (HRP/seda em peso 0,26h, H2O2/Silk 1,10 wth) a 37°C (Figura 2c) .In order to produce peroxidase crosslinked silk fibroin hydrogels, silk fibroin solutions of different concentrations (2 to 20 wt%) were prepared by diluting the concentrated silk fibroin solution with PBS. Horseradish peroxidase solution (HRP, 260 units / mg, Sigma, USA) was prepared by dissolving in PBS. Calcium peroxide (75% purity, Sigma, USA) was dissolved in 0.1 M HCl, and then the pH value of the solution increased to 5.0. HRP and calcium peroxide solutions were added to silk fibroin solutions of different concentrations, ranging from 1 to 1000 µg / ml and 0.5 to 50 mmol / ml, respectively. The mixture was gently stirred and then gelation was performed at different temperatures, ranging from 5 ° C to 50 ° C. The hydrogel can be processed into different shapes using various molds and placing them in a greenhouse at the required temperature. Here, calcium peroxide was used as a source of peroxide, assuming that 1 mol of calcium peroxide will yield one mol of hydrogen peroxide in the present study. According to the calculations, the concentration of 0.51 wt% calcium peroxide solution is equal to 0.18% H 2 O 2 by weight in solution in this study. For example, the silk fibroin hydrogel disk can be prepared by this method using 16 wt% silk fibroin solution, with PBS (PBS content in silk solution was 1.7%, and pH was 7.2) along with 0.84 mg / ml HRP solution in PBS and 0.51 wt. CaO2% in distilled water (HRP / Silk by weight 0.26h, H 2 O 2 / Silk 1.10 wth) at 37 ° C (Figure 2c).

Exemplo 3: Caracterização de hidrogéis de fibroina de seda reticulados por peroxidaseExample 3: Characterization of peroxidase cross-linked silk fibroin hydrogels

Análise por Espectroscopia no transformada de Fourier (FTIR)Fourier Transform Spectroscopy Analysis (FTIR)

A conformação estrutural da solução infravermelho por pura de fibroína de seda, solução de fibroína de seda com PBS, e mistura seda/HRP/H2O2 antes e após a gelificação foi analisada por FTIR por meio da utilização de reflectância total atenuada (ATR) em amostras molhadas. Como controle foi utilizada água ultrapura. Para a amostra de líquido, foram utilizados 50 ui de amostra para cada ensaio. Após a mistura seda/HRP/H2O2 formar um gel, foi retirado um pedaço pequeno de hidrogel húmido para o teste. Os espectros de infravermelhos foram registados à temperatura ambiente com uma resolução de 4 cm-1 no intervalo entre 4000-600 cm-1, com 40 leituras (Figura 3). Os espectros de FTIR mostraram que todas as amostras apresentaram o pico principal a cerca de 1650 cm-1, que é o pico caracteri stico da conformação helicoidal aleatória. Não houve picos óbvios em torno de 1700 cm-1 e 1620 cm-1, os picos caracteri sticos da conformação beta (Seda-II).The structural conformation of the infrared solution by pure silk fibroin, PBS silk fibroin solution, and silk / HRP / H 2 O2 mixture before and after gelation was analyzed by FTIR using attenuated total reflectance (ATR). on wet samples. As control, ultrapure water was used. For the liquid sample, 50 µl of sample was used for each assay. After the silk / HRP / H 2 O 2 mixture formed a gel, a small piece of moist hydrogel was removed for the test. Infrared spectra were recorded at room temperature with a resolution of 4 cm -1 in the range 4000-600 cm -1 with 40 readings (Figure 3). FTIR spectra showed that all samples showed the main peak at about 1650 cm -1 , which is the characteristic peak of random helical conformation. There were no obvious peaks around 1700 cm -1 and 1620 cm -1 , the characteristic peaks of beta conformation (Silk-II).

Estes dados indicaram que o hidrogel de fibroína de seda preparado por reticulação mediada pela peroxidase apresentava conformação amorfa (espiral aleatória), tal como a conformação apresentada pela solução aquosa de fibroína de seda (Figura 3a). A solução de fibroína de seda com PBS também manteve conformação amorfa. A maior parte dos hidrogéis de fibroína de seda previamente relatados na literatura possuem conformação beta. O hidrogéis estáveis de fibroína de seda com conformação amorfa raramente foram relatados. Aqui, apresentamos hidrogéis estáveis fibroína de seda possuindo maioritáriamente conformação amorfa (aleatória).These data indicated that the silk fibroin hydrogel prepared by peroxidase mediated crosslinking showed amorphous conformation (random spiral), as did the conformation presented by aqueous silk fibroin solution (Figure 3a). PBS silk fibroin solution also retained amorphous conformation. Most silk fibroin hydrogels previously reported in the literature have beta conformation. Stable amorphous conformal silk fibroin hydrogels have rarely been reported. Here we present stable silk fibroin hydrogels having mostly amorphous (random) conformation.

A absorvância óptica a 550 nmThe optical absorbance at 550 nm

A absorvância óptica a 550 nm foi utilizada primáriamente para avaliar a transição de conformação da solução de fibroina de seda ou do hidrogel por Kaplan et al. Quando a solução de fibroina de seda ou de hidrogel se encontra no estado amorfo, a absorvância a 550 nm é muito baixa. Se a solução de fibroina de seda ou de hidrogel tem conformação beta, a absorvância aumenta. Para este teste, 50 ui de solução foi utilizada. A solução de seda (com PBS) e mistura de seda/HRP/H2O2 foram colocadas numa placa de 96 poços, e a absorvância a 550 nm foi registada por um leitor de microplacas. Seis poços foram lidas para cada grupo de amostras. Após a mistura de seda/HRP/H2O2 formar um gel, o mesmo poço foi lido novamente. A Figura 4 mostrou a sua absorvância a 550 nm, e verificou-se que não houve diferenças na absorvância da mistura seda/HRP/H2O2 antes e após a gelificação. Também não houve diferença significativa na absorvância entre a solução de seda e o hidrogel de seda.Optical absorbance at 550 nm was primarily used to assess the conformation transition of silk fibroin solution or hydrogel by Kaplan et al. When the silk or hydrogel fibroin solution is in the amorphous state, the absorbance at 550 nm is very low. If the silk or hydrogel fibroin solution has beta conformation, the absorbance increases. For this test, 50 µl of solution was used. The silk solution (with PBS) and silk / HRP / H 2 O 2 mixture were placed in a 96-well plate, and the absorbance at 550 nm was recorded by a microplate reader. Six wells were read for each sample group. After the silk / HRP / H 2 O 2 mixture formed a gel, the same well was read again. Figure 4 showed its absorbance at 550 nm, and it was found that there were no differences in the absorbance of the silk / HRP / H2O2 mixture before and after gelation. There was also no significant difference in absorbance between silk solution and silk hydrogel.

Combinando os dados obtidos a partir da absorvância óptica baixa (Figura 4), o aparecimento transparência do hidrogel de seda (Figura 2), e os espectros FTIR (Figura 3), conclui-se que o hidrogel de fibroina de seda preparado por reticulação mediada por peroxidase é principalmente de conformação amorfa. Esta propriedade torna-o diferente dos hidrogéis de seda anteriormente relatados, a maioria deles apresentando conformação beta e aparência turva e opaca. As propriedades de transparência do hidrogel de fibroina de seda preparado aqui extende a possibilidade da sua aplicação em oftalmologia ou dispositivos ópticos.Combining the data obtained from the low optical absorbance (Figure 4), the transparent appearance of the silk hydrogel (Figure 2), and the FTIR spectra (Figure 3), it is concluded that the silk fibroin hydrogel prepared by mediated crosslinking peroxidase is mainly of amorphous conformation. This property makes it different from previously reported silk hydrogels, most of them showing beta conformation and cloudy and opaque appearance. The transparency properties of the silk fibroin hydrogel prepared herein extends the possibility of its application in ophthalmology or optical devices.

Microscopia eletrónica de varrimento (MEV)Scanning electron microscopy (SEM)

A micromorfologia do hidrogél liofilizado de fibroína de seda reticulada por peroxidase foi observada por SEM. 0 hidrogél de seda foi congelado a -80°C após a gelificação, e depois liofilizou-se. A imagem transversal foi observada sob MEV após a superfície ser revestida com ouro. Por exemplo, a Figura 5 mostra a micromorfologia do hidrogél de seda preparado com 16 wt% de solução de seda, razão HRP/seda de 0,26bo e razão H2O2/seda de Ι,ΙΟύ. A imagem de SEM mostra que o hidroqel de fibroína de seda apresenta estrutura porosa e poros interligados sendo o tamanho dos poros de 50 a 100 um.The micromorphology of the peroxidase crosslinked freeze-dried silk fibroin hydrogel was observed by SEM. Silk hydrogel was frozen at -80 ° C after gelation, and then lyophilized. The transverse image was observed under SEM after the surface was coated with gold. For example, Figure 5 shows the micromorphology of silk hydrogel prepared with 16 wt% silk solution, HRP / silk ratio of 0.26bo and H 2 O2 / silk ratio of Ι, ΙΟύ. The SEM image shows that the silk fibroin hydrogel has porous structure and interconnected pores with the pore size being from 50 to 100 µm.

A estrutura porosa do hidrogél de seda pode facilitar o transporte de nutrientes para posteriores estudos de incorporação de células, ou permitir a migração de células nos hidrogéis.The porous structure of the silk hydrogel may facilitate nutrient transport for further cell incorporation studies, or allow cell migration in hydrogels.

Tempo de gelificaçãoGelation Time

O tempo de gelificação do hidrogél de seda foi testado por um método de inclinação do frasco. A ausência de fluxo, depois de 1 minuto após a inversão do frasco é indicativa que occoreu a qelificação. Cada condição foi testada em triplicado. Durante o ensaio, o frasco foi imerso num banho de água a 37°C e a influência da concentração de seda, HRP e H2O2 foram investigados. A Figura 6 apresenta os perfis de tempo de gelificação dos hidrogéis de fibroína de seda. Quando estudada a influência da HRP, a razão H2O2/seda foi fixada em 1,10 wth. Quando estudada a influência do H2O2, a razão HRP/seda foi fixada em 0,26 wth. Verificou-se que o aumento da concentração de fibroína de seda e conteúdo HRP iria encurtar o tempo de gelificação, equanto que com o aumento do teor de H2O2 o tempo de gelificação aumenta. Por exemplo, no caso de uma solução de seda 16 wt.%, quando o teor de HRP aumenta de 0,13 wth para 0,52 wth, o tempo de gelificação do hidrogel fibroína de seda diminuiu de ~35 minutos para menos de 4 minutos. Constatou-se também que a gelificação de seda irá ocorrer mais rapidamente a temperaturas fisiológicos, em comparação com temperaturas abaixo de 37°C. Os dados aqui apresentados são apenas exemplos, sendo que o intervalo de tempo de gelificação não se limita aos dados aqui apresentados.Silk hydrogel gelation time was tested by a bottle tilt method. The absence of flow, after 1 minute after the inversion of the vial, is indicative that qelification occurred. Each condition was tested in triplicate. During the test, the flask was immersed in a 37 ° C water bath and the influence of silk concentration, HRP and H2O2 were investigated. Figure 6 shows the gelation time profiles of silk fibroin hydrogels. When studying the influence of HRP, the H2O2 / silk ratio was set at 1.10 wth. When studying the influence of H2O2, the HRP / silk ratio was set at 0.26 wth. Increasing silk fibroin concentration and HRP content has been found to shorten the gelation time, as with increasing H2O2 content the gelation time increases. For example, in the case of a 16 wt.% Silk solution, when the HRP content increased from 0.13 wth to 0.52 wth, the gelation time of the silk fibroin hydrogel decreased from ~ 35 minutes to less than 4%. minutes It has also been found that silk gelation will occur more rapidly at physiological temperatures compared to temperatures below 37 ° C. The data presented here are examples only, and the gelation time interval is not limited to the data presented here.

Estes dados indicaram que um hidrogel de seda formado rapidamente (menos de 4 minutos) pode ser preparado pelo método desenvolvido no presente documento. O tempo de gelificação aqui apresentado foi muito mais curto do que os previamente relatados para hidrogeis de seda preparados por outros métodos, tais como agitação, vortex e ultrasonicação. É de notar que no método aqui descrito a gelificação pode ocorrer em condições fisiológicas, o que permite a incorporação in-situ de células ou agentes bioactivos.These data indicated that a rapidly formed silk hydrogel (less than 4 minutes) can be prepared by the method developed herein. The gelation time presented herein was much shorter than previously reported for silk hydrogels prepared by other methods such as agitation, vortexing and ultrasonication. It is to be noted that in the method described herein gelation may occur under physiological conditions, which allows in situ incorporation of cells or bioactive agents.

Propriedades MecânicasMechanical properties

O módulo de energia armazenada dos hidrogéis de fibroína de seda reticulados por peroxidase foi avaliado por reómetria num modelo rotativo, a 37°C. A solução de fibroína de seda foi misturada com HPR e H2O2, e em seguida, 1 ml de mistura foi imediatamente transferida para a câmara para realizar o teste. Um cilindro com uma ponta cónica foi imerso na solução de mistura, e uma gota de óleo foi colocada na parte superior da solução de seda para evitar evaporação aThe stored energy modulus of peroxidase crosslinked silk fibroin hydrogels was evaluated by rheometry in a rotary model at 37 ° C. The silk fibroin solution was mixed with HPR and H2O2, and then 1 ml of the mixture was immediately transferred to the chamber to perform the test. A cylinder with a tapered tip was immersed in the mixing solution, and a drop of oil was placed on top of the silk solution to prevent evaporation at room temperature.

durante during 0 0 teste. test. Para a medição For the measurement do módulo of the module de energia power armazenada, stored, foram were usados 0,5 Hz de 0.5 Hz of frequência frequency e 0,1% and 0.1% de in tensão. tension. Os The pontos points de dados foram data were recolhidos collected a cada every 30 30 segundos seconds r < r < até que until 0 módulo atingiu 0 module reached um patamar a landing durante during 5 5th

minutos.minutes

módulo armazenada de energia foi obtido calculando a média dos pontos dos dados na zona do plateau.The stored energy module was obtained by averaging the data points in the plateau zone.

Foram utilizados triplicados para cada formulação.Triplicates were used for each formulation.

Após o módulo de atingido o patamar por 5 minutos, um varrimento de frequência foi realizada deAfter the module reached the threshold for 5 minutes, a frequency scan was performed of

0,1 a0.1 to

Frequência Hz com 0,1% de deformação constante durante minutos. Quando o varrimento de frequência terminou, um varrimento de deformação também foi realizado de 0,1% aHz frequency with 0.1% constant strain for minutes. When the frequency scan ended, a strain scan was also performed from 0.1% to

100% de deformação com uma frequência constante de 1 Hz durante 10 minutos.100% deformation with a constant frequency of 1 Hz for 10 minutes.

A Figura 7 apresenta a influência da concentração de seda, e conteúdo de HRP e H2O2 no módulo de energia armazenada de hidrogéis de fibroína de seda. Verificou-se que o módulo aumentou com o aumento da concentração de seda e conteúdo de H2O2. O conteúdo de HRP teve apenas uma influência menor no módulo. Quando o conteúdo de H2O2/silk foi de 1,45^ em peso, o hidrogel seda-16 atingiu um módulo de energia armazenada em torno de 5 kPa. Ao controlar o teor de H2O2, as propriedades mecânicas do hidrogel de seda podem ser ajustadas numa ampla gama.Figure 7 shows the influence of silk concentration, HRP and H2O2 content on the stored energy modulus of silk fibroin hydrogels. Modulus was found to increase with increasing silk concentration and H2O2 content. HRP content had only a minor influence on the module. When the H 2 O 2 / silk content was 1.45% by weight, the silk-16 hydrogel reached a stored energy modulus of around 5 kPa. By controlling the H 2 O 2 content , the mechanical properties of the silk hydrogel can be adjusted over a wide range.

A Figura 8 apresenta a influência da HRP sobre os perfis de módulo de energia armazenada do hidrogel de fibroína de seda reticulado por peroxidase, medida por um reómetro num modelo de rotação a 37°C. Seda-10, Seda-12, Seda-16 correspondem a hidrogéis de seda preparados com 10 wt%, 12 wt%, e 16 wt% de solução de fibroina de seda, respectivamente. A razão H2O2/seda foi fixada em 1,1°^ peso nesta figura. O resultado mostrou que o hidrogel de fibroina de seda preparado aqui pode manter o módulo de energia armazenada sob pressão de 40% (figura 8a, b, c), e menos de 5 Hz de frequência (Figura 8d, e, f).Figure 8 shows the influence of HRP on the stored energy modulus profiles of peroxidase crosslinked silk fibroin hydrogel, measured by a rheometer in a 37 ° C rotation model. Silk-10, Silk-12, Silk-16 correspond to silk hydrogels prepared with 10 wt%, 12 wt%, and 16 wt% silk fibroin solution, respectively. The H2 O2 / silk ratio was set at 1.1% by weight in this figure. The result showed that the silk fibroin hydrogel prepared here can maintain the stored energy modulus under 40% pressure (Figure 8a, b, c), and less than 5 Hz frequency (Figure 8d, e, f).

A Figura 9 representa a influência de H2O2 nos perfis do módulo de energia armazenada do hidrogel de fibroina de seda reticulado por peroxidase, medida por um reómetro num modelo de rotação a 37°C. Silk-10, Silk-12, Silk-16 eram correspondentes a hidrogéis de seda preparadas com 10 wt%, 12 wt%, e 16 wt% de solução de fibroina de seda, respectivamente. A razão HRP/seda foi fixada em 0,26 wtk para todas as formulações. O resultado mostrou que os hidrogéis de fibroina de seda preparados aqui podem manter os seus módulos de energia armazenada sob pressão de 40% (figura 9a, b, c) , e menos de 5 Hz de frequência (Figura 9d, e, f) .Figure 9 represents the influence of H2O2 on the stored energy modulus profiles of the peroxidase crosslinked silk fibroin hydrogel, measured by a rheometer in a 37 ° C rotation model. Silk-10, Silk-12, Silk-16 corresponded to silk hydrogels prepared with 10 wt%, 12 wt%, and 16 wt% silk fibroin solution, respectively. The HRP / silk ratio was set at 0.26 wtk for all formulations. The result showed that silk fibroin hydrogels prepared herein can maintain their stored energy modules under 40% pressure (Figure 9a, b, c), and less than 5 Hz frequency (Figure 9d, e, f).

Estes resultados indicaram que as propriedades mecânicas dos hidrogéis de fibroina de seda reticulados por peroxidase podem ser ajustadas para uma ampla gama, por meio da variação dos diferentes parâmetros de reacção e proporções dos reagentes. As suas propriedades mecânicas foram bastante estáveis para uma gama variada de frequência e deformação, que é uma das suas vantagens a ser utilizada para a regeneração de tecidos in vivo.These results indicated that the mechanical properties of peroxidase crosslinked silk fibroin hydrogels can be adjusted over a wide range by varying the different reaction parameters and reagent ratios. Its mechanical properties have been quite stable over a wide range of frequency and strain, which is one of its advantages to be used for in vivo tissue regeneration.

Grau de expansãoDegree of expansion

O grau de expansão destes hidrogéis em água destilada e PBS foram caracterizados.The degree of expansion of these hydrogels in distilled water and PBS was characterized.

Foi usada Uma mistura de seda/HRP/tbCb (volume de num molde de 7,5 mm de diâmetro. Após a preparação dos hidrogéis reticulados por peroxidase, estes foram imediatamente colocados em água destilada ouA silk / HRP / tbCb mixture (volume of in a 7.5 mm diameter mold) was used. After preparation of the peroxidase cross-linked hydrogels, they were immediately placed in distilled water or

PBS, num banho a 37°C, durante 12 horas, permitindo-lhes alcançar equilíbrio. Em seguida, os hidrogéis foram removidos do líquido, o líquido foi absorvido pela superfície de um papel de filtro. O peso húmido foi registado numa balança (Mw). Em seguida, os hidrogéis foram secos numa estufa a 90 °C durante 2 dias. O peso seco foi registado (Md). O grau de expansão foi calculada como se segue:PBS in a bath at 37 ° C for 12 hours allowing them to achieve equilibrium. Then the hydrogels were removed from the liquid, the liquid was absorbed on the surface of a filter paper. The wet weight was recorded on a scale (Mw). Then the hydrogels were dried in an oven at 90 ° C for 2 days. Dry weight was recorded (Md). The degree of expansion was calculated as follows:

Grau de expansão = (Mw-Md) / Md * 100%Expansion Degree = (Mw-Md) / Md * 100%

A Figura 10 representa o grau de expansão do hidrogel de fibroina de seda reticulado por peroxidase em água destilada (a) e PBS (b) . Estes resultados mostraram que a taxa de expansão aumentada com a diminuição da concentração de seda e aumentando o teor de H2O2. O grau de expansão foi maior em água destilada em comparação com o PBS. As diferenças na taxa de expansão observadas, induzidas pela concentração de fibroina de seda e conteúdo de H2O2 estão relacionadas com as propriedades mecânicas. Concentrações superiores de de solução de seda e de conteúdo de H2O2 induziram um aumento do módulo. Desta forma estes hidrogéis são mais estáveis e não absorvem tanto líquido. A concentração de iões também afecta a taxa de expansão. Quando o hidrogel de fibroina de seda foi imerso em água destilada (que possui uma força iónica muito baixa), as moléculas de seda vão distender-se livremente. Isto explica as diferenças nas taxas de expansão do hidrogel de seda observadas quando imerso em PBS e água destilada.Figure 10 represents the degree of expansion of the peroxidase crosslinked silk fibroin hydrogel in distilled water (a) and PBS (b). These results showed that the expansion rate increased with decreasing silk concentration and increasing H2O2 content. The degree of expansion was higher in distilled water compared to PBS. The observed differences in expansion rate induced by silk fibroin concentration and H2O2 content are related to mechanical properties. Higher concentrations of silk solution and H2O2 content induced an increase in modulus. This way these hydrogels are more stable and do not absorb as much liquid. Ion concentration also affects the rate of expansion. When the silk fibroin hydrogel has been immersed in distilled water (which has very low ionic strength), the silk molecules will distend freely. This explains the differences in silk hydrogel expansion rates observed when immersed in PBS and distilled water.

A degradação enzimática perfil de degradação por acção enzimática dos hidrogéis de fibroína de seda foi avaliado. Diferentes formulações de Seda/HRP/H2O2 (V=500 ul) foram produzidas para preparar os vários hidrogéis, e recorrendo a um molde de 7,5 mm de diâmetro. Diferentes soluções de fibroína de seda com concentração de 10 wt%, 12 wt%, e 16 wt% foram usadas. Por sua vez, usou-se HRP/seda foi de 0,26 wth, H2O2/seda foi de 1,1 wth ou 1,45 wth. Em cada ensaio, 500 mg do hidrogel de fibroína da seda foi imerso em 5 ml de PBS contendo 0,025 U Protease XIV obitdo da Streptomyces griseus (0.005 U/ml). A massa do hidrogel no estado hidratado foi registrado como Wi. No final de cada ponto de tempo, os hidrogéis foram removidos da solução e a sua massa (Wt) determinada, após absorção do excesso de água na superfície através usando papel de filtro. E então a relação de perda de massa foi calculada da seguinte forma:Enzymatic degradation enzymatic degradation profile of silk fibroin hydrogels was evaluated. Different formulations of Silk / HRP / H2O2 (V = 500 µl) were produced to prepare the various hydrogels using a 7.5 mm diameter mold. Different solutions of silk fibroin with concentration of 10 wt%, 12 wt%, and 16 wt% were used. In turn, HRP / silk was 0.26 wth, H 2 O 2 / silk was 1.1 wth or 1.45 wth. In each assay, 500 mg of silk fibroin hydrogel was immersed in 5 ml PBS containing 0.025 U Protease XIV obtained from Streptomyces griseus (0.005 U / ml). The hydrogel mass in the hydrated state was recorded as Wi. At the end of each time point, the hydrogels were removed from the solution and their mass (Wt) determined after absorption of excess surface water through filter paper. And then the mass loss ratio was calculated as follows:

Relação de perda de massa (%) = (Wi-Wt) / Wi * 100%Mass Loss Ratio (%) = (Wi-Wt) / Wi * 100%

Os resultados revelaram que os hidrogéis de fibroína de seda apresentação um perfil de degradação no período compreendido entre as 6 e 8 horas (Figura 11). Os hidrogéis que apresentam as proporiedades mecânicas superiores apresentam um perfil de perda de massa mais baixo quando comparado com os hidrogéis cujas propriedades mecânicas são inferiores. O perfil de degradação obsrvado é completamente diferente dos anteriormente reportados. Este estudo mostra que os hidrogéis de fibroína de seda reticulados por acção da HRP são amorfos, contrariando a conformação folha-beta ou outro estado cristalino tal como reportado em estudos anteriores. 0 perfil de degradação dos hidrogéis de fibroína da seda reticulados por acção HRP possibilita um conjunto de novas aplicações na medicina regenerativa.The results revealed that silk fibroin hydrogels show a degradation profile in the period from 6 to 8 hours (Figure 11). Hydrogels with higher mechanical proportions have a lower mass loss profile when compared to hydrogels with lower mechanical properties. The observed degradation profile is completely different from those previously reported. This study shows that HRP crosslinked silk fibroin hydrogels are amorphous, contrary to beta-sheet conformation or other crystalline state as reported in previous studies. The degradation profile of HRP action crosslinked silk fibroin hydrogels enables a number of new applications in regenerative medicine.

Propriedade de Memória de FormaShape Memory Property

A propriedade de memória de forma dos hidrogéis de fibroína de seda reticulados por acção da HRP foi avaliada in vitro. Os hidrogéis foram produzidos, imersos consecutivamente em água destilada e PBS, e o diâmetro determinado a cada período de 12 horas de imersão (Figura 12). A concentração da fibroína de seda usada é de 16 wt%, HRP/seda é de 0,26 wth, H2O2/seda é de 1,1 wth. O hidrogel de fibroína de seda foi preparado pela primeira vez num molde (Figura 12a), e, em seguida, o hidrogel foi removido do molde (Figura 12b). A Figura 12c mostra o hidrogel de fibroína de seda (hidratado) após imersão em água destilada durante 12 horas. Verificou-se que o diâmetro do hidrogel de seda foi recuperado, em certa medida, após a imersão em PBS durante mais 12 horas (Figura 12d) . Os hidrogéis fibroína de seda foram produzidos a partir de diferentes concentrações de fibroína de seda (e.g., 10%, 12% e 16%), tal como reportado na Figura 13. Verificou-se que todos os hidrogéis mantiveram o seu diâmetro em PBS, em diferentes períodos de imersão. No entanto, o diâmetro dos hidrogéis em PBS foi um pouco superiore ao seu diâmetro original (depois removido do molde) . E o diâmetro em água destilada (a imersão segundo) foi recuperado rapidamente após a primeira imersão em água destilada.The shape memory property of HRP crosslinked silk fibroin hydrogels was evaluated in vitro. The hydrogels were produced, consecutively immersed in distilled water and PBS, and the diameter determined at each 12 hour immersion period (Figure 12). The concentration of silk fibroin used is 16 wt%, HRP / silk is 0.26 wth, H 2 O2 / silk is 1.1 wth. Silk fibroin hydrogel was first prepared in a mold (Figure 12a), and then the hydrogel was removed from the mold (Figure 12b). Figure 12c shows the silk fibroin hydrogel (hydrated) after soaking in distilled water for 12 hours. The diameter of the silk hydrogel was found to be recovered to some extent after soaking in PBS for a further 12 hours (Figure 12d). Silk fibroin hydrogels were produced from different concentrations of silk fibroin (eg, 10%, 12% and 16%), as reported in Figure 13. All hydrogels were found to maintain their diameter in PBS, in different periods of immersion. However, the diameter of the hydrogels in PBS was slightly larger than their original diameter (later removed from the mold). And the diameter in distilled water (the second immersion) was recovered quickly after the first immersion in distilled water.

Estes resultados indicaram que os hidrogéis de fibroína de seda reticulados por acção da HRP respondem a estímulos físico-químicos tais como força iónica reactivo e pressão.These results indicated that HRP crosslinked silk fibroin hydrogels respond to physicochemical stimuli such as reactive ionic strength and pressure.

Esta propriedade nunca havia sido descrita em estudos anteriores envolvendo hidrogéis de fibroina de seda. Esta propriedade está associada à sua natureza amorfa. Estes hidrogéis podem funcionar como uma plataforma aquosa estável e adequada para estudar o efeito de diferentes iões e solventes na conformação da fibroina de seda. Estas propriedades abrem novas possibilidades para a aplicação dos hidrogéis de fibroina da seda reticulados por acção da HRP como um sistema de libertação controlada de fármacos (DDS) , o qual responde a pequenas variações das condições ambientais.This property had never been described in previous studies involving silk fibroin hydrogels. This property is associated with its amorphous nature. These hydrogels can function as a stable and suitable aqueous platform for studying the effect of different ions and solvents on silk fibroin conformation. These properties open up new possibilities for the application of HRP-crosslinked silk fibroin hydrogels as a controlled drug release system (DDS) which responds to small variations in environmental conditions.

Hidrogel de Fibroina da Seda (Multicamadas) queSilk Fibroin Hydrogel (Multilayer) that

Possibilitam o Controle Espacial da sua ConformaçãoEnable Spatial Control of Your Conformation

Diferentes camadas dos hidrogéis de fribroína da seda reticulados por acção da HRP foram desenvolvidas através de um processo de imersão em metanol durante diferentes períodos de tempo. A Figura 14 mostra as imagens do de fribroína da seda reticulados por acção da HRP, antes de (a) e após (b) imersão em metanol pelo período de 5Different layers of HRP crosslinked silk fribroin hydrogels were developed by a methanol immersion process for different time periods. Figure 14 shows HRP crosslinked images of silk fribroin before (a) and after (b) immersion in methanol for 5

minutos. minutes A concentração de The concentration of fibroina de fibroin seda silk é is de 16 of 16 wt%, wt%, HRP/seda HRP / silk é de 0,26 wtú, is 0.26 wtú, e H2O2/sedaand H 2 O 2 / silk é is dee dee 1,1 1.1 W t OO · W t OO · Verificou Checked -se que o hidrogel that the hydrogel de seda tornou- of silk became se if opaco opaque após after

imersão em metanol durante alguns minutos. Verificou-se também que o hidrogéis imersos em metanol apresentam uma estrutura em camadas, sendo que a camada externa é mais mostra as imagens transversais do hidrogel de fribroína da seda reticulados por acção da HRP após imersão em metanol durante compreendido entre 0 e 10 minutos. A concentração de fibroina de seda é de 16 wt%, HRP/seda é de 0,26 wtú, e H2O2/seda é de 1,1 wth. Estes resultados mostram que a espessura da camada exterior aumenta de espessura com o aumento do tempo de imersão em metanol.immersion in methanol for a few minutes. The methanol-immersed hydrogels have also been found to have a layered structure, with the outermost layer showing cross-sectional images of HRP-crosslinked silk fribroin hydrogel after immersion in methanol for 0-10 minutes. The concentration of silk fibroin is 16 wt%, HRP / silk is 0.26 wtú, and H 2 O 2 / silk is 1.1 wth. These results show that the thickness of the outer layer increases in thickness as the time of immersion in methanol increases.

A Figura 16 mostra os resultados do efeito do tempo de imersão dos hidrogéis em metanol na espessura da camada exterior (opaca) . A concentração de fibroina de seda é de 16 wt%, HRP/seda é de 0,26 wtú, e ^Ch/seda é de 1,1 wtú ou 1,45 wtú. Este estudo mostrou que os hidrogéis apresentando propriedades mecânicas mais elevadas (^Ch/seda a 1,45 wt%) apresentaram uma camada externa menos espessa quando comparados com os hidrogéis apresentando propriedades mecânicas inferiores (^Ch/seda a 1,10 wt%) . E a espessura das camadas pode ser facilmente controlada, possuindo uma espessura compreendida entre 200 e 1000 um. A camada exterior (opaca) apresenta uma rigidez superior à camada interna (transparente).Figure 16 shows the results of the effect of hydrogel immersion time in methanol on the outer (opaque) layer thickness. The concentration of silk fibroin is 16 wt%, HRP / silk is 0.26 wtú, and ^ Ch / silk is 1.1 wtú or 1.45 wtú. This study showed that hydrogels with higher mechanical properties (^ Ch / silk at 1.45 wt%) had a thinner outer layer compared to hydrogels with lower mechanical properties (^ Ch / silk at 1.10 wt%) . And the thickness of the layers can be easily controlled having a thickness of between 200 and 1000 µm. The outer (opaque) layer has a higher stiffness than the inner (transparent) layer.

A conformação das diferentes camadas dos hidrogéis foi investigada recorrendo à técnica de infravermelho com refletância total atenuada (FTIR-ATR), em estado hidratado. Para este ensaio, a concentração de fibroina de seda é de 16 wt%, HRP/seda é de 0,26 wtú, e ^Ch/seda é de 1,1 wtú. Após produção, o hidrogél foi imerso em metanol durante 5 minutos e, em seguida, lavado com água destilada. As diferentes camadas do hidrogel foram depois analizadas por FTIR-ATR. Os espectros de infravermelhos foram registados à temperatura ambiente com uma resolução de 4 cm-1 no intervalo de 4000-600 cm-1 (com 40 análises) . A Figura 17 mostra os espectros de FTIR das diferentes camadas do hidrogel de seda desenvolvido. Verificou-se que a camada exterior (opaca) apresentou pico principal em volta de 1620 cm-1, e a camada interna (transparente) apresenta um pico principal a cerca de 1650 cm-1, confirmando que a conformação da parte transparente é essencialmente amorfa. Adicionalmete, verificou-se que a camada transparente do hidrogel apresenta um pequeno pico a 1620 cm-1, o que é indicativo que o hidrogel apresenta alguma conformação em folha beta na camada interna, mas não dominante. Estes resultados corroboram que as conformações da fibroína de seda na camada exterior e interior são diferentes, logo que é possível controlar a conformação espacial dos hidrogéis de seda usando o método aqui apresentado, i.e. imersão em metanol. Outros solventes orgânicos ou soluções salinas aquosas podem também ser usados para produzir multicamadas com conformações e propriedades diferentes.The conformation of the different hydrogel layers was investigated using the attenuated total reflectance infrared (FTIR-ATR) technique in hydrated state. For this assay, the silk fibroin concentration is 16 wt%, HRP / silk is 0.26 wtú, and ^ Ch / silk is 1.1 wtú. After production, the hydrogel was immersed in methanol for 5 minutes and then washed with distilled water. The different hydrogel layers were then analyzed by FTIR-ATR. Infrared spectra were recorded at room temperature with a resolution of 4 cm -1 in the range of 4000-600 cm -1 (with 40 analyzes). Figure 17 shows the FTIR spectra of the different layers of the developed silk hydrogel. The outer (opaque) layer was found to have a main peak around 1620 cm -1 , and the inner (transparent) layer to a main peak around 1650 cm -1 , confirming that the conformation of the transparent part is essentially amorphous. . In addition, the clear hydrogel layer has been found to have a small peak at 1620 cm -1 , which indicates that the hydrogel has some beta sheet conformation in the inner but not dominant layer. These results corroborate that the conformations of silk fibroin in the outer and inner layers are different, as it is possible to control the spatial conformation of silk hydrogels using the method presented here, ie immersion in methanol. Other organic solvents or aqueous saline solutions may also be used to produce multilayers with different conformations and properties.

O perfil de degradação das diferentes camadas dos hidrogéis de fibroína da seda foi determinado, in vitro. Para este ensaio, a concentração de fibroína de seda é de 16 wt%, HRP/seda é de 0,2 6 wth, e H2O2/seda é de 1,1 wth. Os hidrogéis de fibroína da seda foram imersos em metanol durante 3-10 minutos. Para cada teste, a cerca de 100 mg camada externa (opaca) do hidrogel de fibroína da seda foi imerso em 5 ml de PBS contendo 1 U Protease XIV obtido da Streptomyces griseus (0,2 U/ml) . E cerca de 300 mg de camada interna do hidrogel de fibroína da seda (amostra obtida do hidrogel imerso em metanol durante 5 minutos),The degradation profile of the different layers of silk fibroin hydrogels was determined in vitro. For this assay, the silk fibroin concentration is 16 wt%, HRP / silk is 0.26 wth, and H2O2 / silk is 1.1 wth. Silk fibroin hydrogels were immersed in methanol for 3-10 minutes. For each test, about 100 mg outer layer (opaque) of the silk fibroin hydrogel was immersed in 5 ml PBS containing 1 U Protease XIV obtained from Streptomyces griseus (0.2 U / ml). And about 300 mg of inner layer of silk fibroin hydrogel (sample obtained from hydrogel immersed in methanol for 5 minutes),

foi imerso was immersed em 5 ml de PBS contendo 0,025 U Protease XIV in 5 ml PBS containing 0.025 U Protease XIV obtido da obtained from Streptomyces griseus (0.005 U/ml). A massa Streptomyces griseus (0.005 U / ml). Mass inicial do initial hidrogel hidratado foi registrado como Wi. No Hydrated hydrogel was registered as Wi. At the

final de cada tempo de degradação, os hidrogéis foram removidos da solução. A massa do hidrogel (Wt) foi registrado após absorção da água em excesso usando papel de filtro. E então a relação de perda de massa foi calculada da seguinte forma:At the end of each degradation time, the hydrogels were removed from the solution. The hydrogel mass (Wt) was recorded after absorption of excess water using filter paper. And then the mass loss ratio was calculated as follows:

Relação de perda de massa (%) (Wi-Wt) / Wi * 100%Mass Loss Ratio (%) (Wi-Wt) / Wi * 100%

A Figura 18 apresenta o perfil de degradação enzimática da camada externa do hidrogel de fibroina de seda reticulado por acção da HRP, após imersão em metanol durante diferentes períodos de tempo. Os resultados mostraram que o a camada externa do hidrogel de fibroina de seda é mais resistente à degradação enzimática. A camada imersa em metanol durante 3 minutos apresenta uma perda de massa de 17%, após 4 horas de imersão na solução de degradação. A camada de fibroina de seda imersa em metanol durante 5 minutos apresenta uma perda de massa de 10%, e a camada imersa durante 10 minutos apresenta uma perda de massa de 2%. Estes resultados indicaram que a camada externa (exposta ao metanol) da fibroina de seda está no estado cristalino (folha beta), e a aumentando o período de imersão em metanol é possível aumentar a cristalinidade da fibroina da seda.Figure 18 shows the enzymatic degradation profile of the outer layer of HRP-crosslinked silk fibroin hydrogel after immersion in methanol for different time periods. The results showed that the outer layer of silk fibroin hydrogel is more resistant to enzymatic degradation. The methanol-immersed layer for 3 minutes shows a 17% mass loss after 4 hours of immersion in the degradation solution. The 5-minute methanol-immersed silk fibroin layer has a 10% mass loss, and the 10-minute immersed layer has a 2% mass loss. These results indicated that the outer layer (exposed to methanol) of silk fibroin is in the crystalline state (beta sheet), and by increasing the immersion period in methanol it is possible to increase the crystallinity of silk fibroin.

A Figura 19 mostra o perfil de degradação enzimática da camada interior (transparente) do hidrogel de fibroina da seda reticulado por acção da HRP, após imersão em metanol durante 5 minutos. Verificou-se que a perda de massa da fibroina de seda é de cerca de 80%, após 6 horas em solução de degadação, sendo que a concentração da enzima utilizada na solução de degradação é de 40 vezes inferior à usada nos ensaios de degradação realizados com a camada externa do hidrogel de fibroina da seda. Estes resultados corroboram o facto de a camada interna e externa apresentarem diferentes conformações. A camada interna apresenta uma conformação essencialmente amorfa (Figura 11). Combinando os resultados na Figura 18 e Figura 19, estes resultados indicaram que os é possível controlar a conformação de diferentes camadas dos hidrogéis de fibroina da seda.Figure 19 shows the enzymatic degradation profile of the inner (transparent) layer of HRP crosslinked silk fibroin hydrogel after immersion in methanol for 5 minutes. It has been found that the loss of silk fibroin mass is about 80% after 6 hours in degassing solution, and the concentration of the enzyme used in the degradation solution is 40 times lower than that used in the degradation tests performed. with the outer layer of the silk fibroin hydrogel. These results corroborate the fact that the inner and outer layers present different conformations. The inner layer has an essentially amorphous conformation (Figure 11). Combining the results in Figure 18 and Figure 19, these results indicated that it is possible to control the conformation of different layers of silk fibroin hydrogels.

O desenvolvimento de hidrogéis de fibroína da seda com diferentes camadas apresentando diferentes conformações foram aqui primeiramente descritos. Esta propriedade única pode ser útil como uma nova plataforma para a libertação controlada de fármaco ou moléculas bioactivas, materiais de preenchimento, ou materiais de multicamadas para encontrarem aplicações na electrónica ou optoelectrónica.The development of different layered silk fibroin hydrogels having different conformations was first described herein. This unique property may be useful as a new platform for the controlled release of drug or bioactive molecules, filler materials, or multilayer materials to find applications in electronics or optoelectronics.

Exemplo 4: Avaliação da in vitro da citotoxicidade de hidrogéis de fibroína de seda reticulados por acção da HRPExample 4: In vitro cytotoxicity assessment of HRP-crosslinked silk fibroin hydrogels

A citotoxicidade do hidrogél de fibroína de seda foi avaliada recorrendo ao encapsulamento e cultura de células ATDC-5 (linha celular condrogénica) no hidrogél (contacto directo). A viabilidade celular foi avaliada através do ensaio de MTS e usando o reagente (3-(4,5-dimetiltiazol-2il)-5(3-carboximetoxifenil)-2(4-sulfofenil)-2H-tetrazólio) . Este que é um método padrão para a avaliação da citotoxicidade, in vitro. Os hidrogéis de fibroína de seda foram preparados a partir de soluções a 16 wt%, HRP/seda a 0,26 wtú, e H2O2/seda a 1,10 wtú ou 1,45 wtú. As células ATDC-5 foram cultivadas em monocamada em Meio Essencial Mínimo (α-ΜΕΜ) , com 10% de soro fetal bovino e 1% de uma mistura de antibiótico-antimicótico contendo 10.000 unidades/ml de sal de sódio de penicilina G, 10.000 pg/ml de sulfato estreptomicina e 25 pg/ml de anfotericina B como Fungizone®, em solução salina antimicótica a 0,85%. As células ATDC-5 foram incubadas a 37°C numa atmosfera humidificada com 5% de CO2, e o meio de cultura renovado a cada três dias. A solução de fibroína de seda com concentração a 16 wt% foi esterilizada por raios ultravioletas. As células confluentes foram destacadas dos frascos de cultura de poli-estireno utilizando uma solução contendo a enzima tripsina (0,25% de solução de tripsina/EDTA). Uma suspensão celular contendo 1 milhão de células por ml foi preparada. A suspensão de células (1 ml) foi centrifugada e o sobrenadante removido, tendo-se adicionando posteriormente 1 ml da mistura da solução de fibroína de seda e a solução de HRP contendo H2O2 (HRP/seda a 0,26 wth, H2O2/seda a 1,10 wth ou 1,45 wth) . Após a homogeneização, 50 ul de solução de fibroína de seda contendo as células ATDC-5 foram transferidos para uma lamela. Posteriormente as lamelas foram colocadas no fundo dos poços de uma placa de cultura de poli-estireno (24 poços). Por forma a promover a reticulação, a placa contendo a mistura de gel e células foi incubada a 37°C durante alguns minutos. E, em seguida, 1,5 ml de meio foi transferido para cada poço. O meio de cultura foi renovado a cada três dias. Após cada período de cultura, isto é 24 horas, 4 e 7 dias, os hidrogéis contendo as células encapsuladas foram removidos do meio. Procedeu-se à lavagem com uma solução tamponada de fosfato (PBS) e, em seguida, adicionou-se 500 ul de solução de MTS (Kit CellTiter 96Ensaio de Proliferação) . De seguida, incubou-se a 37°C solução de MTS com hidrogel/ATDC-5 a 37°C, pelo período de três horas. Depois, transferiu-se 100 uL da solução para o respectivo poço de uma placa de cultura de poli-estireno (96 poços) . A absorbância (OD) a 490 nm foi determinada recorrendo a um leitor de microplacas. Todos os testes foram realizados em triplicado. Os resultados da viablidade celular estão apresentados na Figura 20. Verificou-se que a viabilidade de células em ambos os grupos de hidrogéis aumentou desde o dia 1 ao dia 4, e manteve a sua viabilidade até ao dia 7. Estes resultados demonstraram que os hidrogéis de fibroína de seda permitem encapsular e manter viáveis as células ATDC-5, in vitro. Podemos concluir que os hidrogéis desenvolvidos são nãocitotóxicos, e suportam a viabilidade das células.The cytotoxicity of silk fibroin hydrogel was assessed by encapsulating and culturing ATDC-5 cells (chondrogenic cell line) in the hydrogel (direct contact). Cell viability was assessed by the MTS assay and using the reagent (3- (4,5-dimethylthiazol-2yl) -5- (3-carboxymethoxyphenyl) -2 (4-sulfophenyl) -2H-tetrazolium). This is a standard method for the evaluation of cytotoxicity in vitro. Silk fibroin hydrogels were prepared from 16 wt% solutions, 0.26 wtú HRP / silk, and 1.10 wtú or H2 O2 / silk solutions. ATDC-5 cells were cultured in Minimum Essential Medium (α-ΜΕΜ) monolayer with 10% fetal bovine serum and 1% antibiotic-antimycotic mixture containing 10,000 units / ml sodium penicillin G salt, 10,000 pg / ml streptomycin sulfate and 25 pg / ml amphotericin B as Fungizone® in 0.85% antimycotic saline. ATDC-5 cells were incubated at 37 ° C in a humidified 5% CO 2 atmosphere, and the culture medium renewed every three days. The 16 wt% silk fibroin solution was sterilized by ultraviolet rays. Confluent cells were detached from the polystyrene culture flasks using a trypsin enzyme solution (0.25% trypsin / EDTA solution). A cell suspension containing 1 million cells per ml was prepared. The cell suspension (1 ml) was centrifuged and the supernatant removed, and 1 ml of the silk fibroin solution mixture and the HRP solution containing H2O2 (HRP / 0.26 wth silk, H 2 O2) were subsequently added. / silk at 1.10 wth or 1.45 wth). After homogenization, 50 µl silk fibroin solution containing ATDC-5 cells were transferred to a coverslip. Subsequently the coverslips were placed at the bottom of the wells of a polystyrene culture plate (24 wells). In order to promote crosslinking, the plate containing the gel and cell mixture was incubated at 37 ° C for a few minutes. And then 1.5 ml of medium was transferred to each well. The culture medium was renewed every three days. After each culture period, ie 24 hours, 4 and 7 days, hydrogels containing the encapsulated cells were removed from the medium. A phosphate buffered solution (PBS) was washed, and then 500 µl of MTS solution (CellTiter 96 Proliferation Assay Kit) was added. Thereafter, the hydrogel / ATDC-5 MTS solution was incubated at 37 ° C for three hours. Then 100 µl of the solution was transferred to the respective well of a polystyrene culture plate (96 wells). Absorbance (OD) at 490 nm was determined using a microplate reader. All tests were performed in triplicate. Cell viability results are shown in Figure 20. Cell viability in both groups of hydrogels was found to increase from day 1 to day 4, and maintain viability until day 7. These results demonstrated that hydrogels of silk fibroin allow to encapsulate and maintain viable ATDC-5 cells in vitro. We can conclude that the developed hydrogels are non-cytotoxic, and support the viability of cells.

A Figura 21 mostra as imagens obtidas por microscopia de fluorescência das células ATDC-5 encapsuladas nos hidrogéis de fibroina da seda cultivados em meio de cultura pelo período de 3 horas. A concentração de fibroina da seda é de 16 wt%, HRP/seda é de 0,26 wth, H2O2/seda é de 1,1 wth. Após 1 dia de cultura é possível verificar uma distribuição homogénea de células e que estas se encontram viáveis no interior do hidrogel.Figure 21 shows the fluorescence microscopy images of ATDC-5 cells encapsulated in silk fibroin hydrogels grown in culture medium for a period of 3 hours. The silk fibroin concentration is 16 wt%, HRP / silk is 0.26 wth, H 2 O2 / silk is 1.1 wth. After 1 day of culture a homogeneous distribution of cells is found to be viable within the hydrogel.

A viabilidade, a distribuição e morfologia das células foi também avaliada recorrendo ao método de coloração Live/Dead recorrendo à calceína AM (coloração verde representa células vivas) e iodeto de propídio (células vermelha representa células mortas). Nos dias 1, 3, 7, e 11, os hidrogéis de seda contendo as células ATDC-5 encapsuladas foram removidos do meio de cultura. Procedeuse à lavagem dos mesmos com PBS. Em seguida, os hidrogéis foram imersos em 1 ml de PBS contendo 1 mg de calceína AM e 1 ug de iodeto de propídio. Os hidrogéis foram incubados durante 15 minutos a 37°C e em seguida lavados em PBS antes da observação no microscópio de fluorescência. Figura 22 mostra as imagens das células vivas/mortas quando cultivadas no hidrogel. A concentração de fibroina da seda é de 16 wt%, HRP/seda é de 0,26 wth, H2O2/seda é de 1,1 wth. Os resultados mostram que a maior parte das células estão viáveis depois de encapsuladas no hidrogel de fibroina de seda até 11 dias de cultura. È possível observar também a distribuição homogenea das células no interior dos hidrogéis.Cell viability, distribution and morphology were also assessed using the Live / Dead staining method using calcein AM (green staining of living cells) and propidium iodide (red cells representing dead cells). On days 1, 3, 7, and 11, silk hydrogels containing the encapsulated ATDC-5 cells were removed from the culture medium. They were washed with PBS. Then the hydrogels were immersed in 1 ml PBS containing 1 mg calcein AM and 1 µg propidium iodide. The hydrogels were incubated for 15 minutes at 37 ° C and then washed in PBS prior to observation under the fluorescence microscope. Figure 22 shows images of live / dead cells when cultured in the hydrogel. Silk fibroin concentration is 16 wt%, HRP / silk is 0.26 wth, H2O2 / silk is 1.1 wth. The results show that most cells are viable after encapsulation in the silk fibroin hydrogel up to 11 days of culture. It is also possible to observe the homogeneous distribution of cells within the hydrogels.

Tendo em conta os resultados de avaliação biológica in vitro, e comparando com os hidrogéis de fibroína de seda descritos em estudos anteriores, é possível afirmar que o hidrogel de fibroína de seda reticulado por acção da HRPTaking into account the results of in vitro biological evaluation, and comparing with the silk fibroin hydrogels described in previous studies, it can be stated that HRP crosslinked silk fibroin hydrogel

apresenta features várias various vantagens, benefits, tais como such as o O permitirem allow encapsular encapsulate células cells in situ, in situ, apresentarem present uma an gelificação gelation rápida (dentro de alguns fast (within a few minutos) e minutes) and em in condições conditions

fisiológicas, e suportarem a viabilidade célular. 0 método para encapsular células é rápido e de fácil operação.and support cell viability. The method for encapsulating cells is quick and easy to operate.

Qualquer pessoa com as qualificações adequadas no campo é capaz de modificar e introduzir variações não descritas neste pedido sem se afastar do âmbito da presente invenção. É, portanto, entendido que a presente invenção não está limitada às formas de realização descritas, mas destina-se a cobrir as modificações que estão dentro do seu conceito inventivo, conforme definido pelas reivindicações em anexo.Anyone of suitable skill in the art is able to modify and introduce variations not described in this application without departing from the scope of the present invention. It is therefore understood that the present invention is not limited to the described embodiments, but is intended to cover modifications that are within its inventive concept as defined by the appended claims.

Claims (15)

REIVINDICAÇÕES 1. Processo de preparação de um hidrogel reticulado de fibroína de seda caracterizado por compreender o passo de adicionar uma peroxidase e peróxido de hidrogénio a uma solução aquosa de fibroína de seda contendo grupos de tirosina para oxidar os referidos grupos de tirosina e subsequentemente reticular em que a concentração do peróxido varia entre 0,001-30% em peso.A process for preparing a crosslinked silk fibroin hydrogel comprising the step of adding a peroxidase and hydrogen peroxide to an aqueous tyrosine group containing silk fibroin solution to oxidize said tyrosine groups and subsequently cross-linking wherein The concentration of peroxide ranges from 0.001-30% by weight. 2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a fibroína de seda ser selecionada seguinte grupo: fibroína de seda de Bombyx mori, Antheraea, seda tecida, desperdício de seda crua, fibroína de seda recombinante, ou suas misturas.Process according to Claim 1, characterized in that the silk fibroin is selected from the following group: Bombyx mori silk fibroin, Antheraea, woven silk, raw silk waste, recombinant silk fibroin, or mixtures thereof. 3. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a referida solução aquosa de fibroína de seda ser livre de iões ou compreender iões salinos, com um pH entre 6,5-9,0.Process according to any one of the preceding claims, characterized in that said aqueous silk fibroin solution is ion-free or comprises saline ions having a pH between 6.5-9.0. 4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a referida solução aquosa de fibroína de seda ter uma concentração entre 2-30% em peso.Process according to any one of the preceding claims, characterized in that said aqueous silk fibroin solution has a concentration between 2-30% by weight. 5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a fonte de peroxidase ser selecionada do seguinte grupo: rábano ou outras plantas, animais, seres humanos e bactérias.Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the peroxidase source is selected from the following group: horseradish or other plants, animals, humans and bacteria. 6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a referida peroxidase se encontrar dissolvida numa solução aquosa, de água ou soluções tamponadas, com um pH que varia entre 5 e 9.Process according to any one of the preceding claims, characterized in that said peroxidase is dissolved in an aqueous solution, water or buffered solutions, with a pH ranging from 5 to 9. 7. Processo de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por a concentração da referida peroxidase variar entre 0,001 e 5 mg/ml.Process according to the preceding claim, characterized in that the concentration of said peroxidase ranges from 0.001 to 5 mg / ml. 8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o referido peróxido ser peróxido de hidrogénio ou peróxido de cálcio.Process according to any one of the preceding claims, characterized in that said peroxide is hydrogen peroxide or calcium peroxide. 9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o referido peróxido se encontrar dissolvido em solução aquosa, em água ou solução tampão, com um pH entre 5 e 9.Process according to any one of the preceding claims, characterized in that said peroxide is dissolved in aqueous solution, water or buffer solution, with a pH between 5 and 9. 10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por a temperatura da mistura se encontrar entre 4°C e 60°C.Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the temperature of the mixture is between 4 ° C and 60 ° C. 11. Hidrogel reticulado de fibroína de seda obtido através do processo descrito nas reivindicações 1 a 10 caracterizado por apresentar:Silk fibroin cross-linked hydrogel obtained by the process described in claims 1 to 10, characterized in that it has: - conformação amorfa;- amorphous conformation; - propriedades de memória de forma, inchando e recuperando a forma inicial, por imersão em soluções de força iónica diferente;- shape memory properties, swelling and reclaiming the initial shape by immersion in different ionic strength solutions; - conformação espacial controlada por imersão em diferentes solventes orgânicos; e- spatial conformation controlled by immersion in different organic solvents; and - estrutura porosa e poros interligados.- porous structure and interconnected pores. 12. Composição farmacêutica caracterizada por compreender o hidrogel de fibroína de seda obtido pelo processo descrito em qualquer uma das reivindicações 1-10 e descrito na reivindicação 11.Pharmaceutical composition comprising silk fibroin hydrogel obtained by the process described in any one of claims 1-10 and described in claim 11. 13. Composição farmacêutica de acordo com a reivindicação 12 caracterizada por compreender adicionalmente substâncias bioactivas, células ou material genético, compostos inorgânicos ou suas combinações.Pharmaceutical composition according to Claim 12, characterized in that it further comprises bioactive substances, cells or genetic material, inorganic compounds or combinations thereof. 14. Material para uso na eletrónica e optoeletrónica caracterizado por compreender o hidrogel de fibroína de seda descrito na reivindicação 11, onde a conformação espacial controlada é na forma de camadas, sendo a região nuclear de conformação predominantemente amorfa, enquanto a camada exterior apresenta conformação em folha beta.A material for use in electronics and optoelectronics comprising the silk fibroin hydrogel described in claim 11, wherein the controlled spatial conformation is in the form of layers, the core region being predominantly amorphous, while the outer layer is conformal in shape. beta sheet. 15. Material 15. Material de in acordo com a deal with a reivindicação the claim 14, 14, caracterizado featured por per compreender understand adicionalmente moléculas additionally molecules inorgânicas, inorganic, de in deteção e detection and materiais condut conductive materials ores, pray, dispositivo device de in distribuição distribution automática ou automatic or suas your combinações. combinations.
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