Desenvolvimento de curativos à base de biocelulose funcionalizada com extrato de repolho roxo para monitoramento de feridas

Abstract

O número de pessoas afetadas por feridas crônicas cresce a cada ano, e atualmente esse é um dos maiores desafios na área da saúde. A infecção de feridas não só traz efeitos prejudiciais à saúde física e mental das pessoas, como também causa encargos econômicos substanciais para a sociedade. Assim, o desenvolvimento de métodos para monitorar a evolução e o processo de cicatrização das feridas é uma ferramenta importante para melhorar a qualidade de vida desses pacientes. Em tecidos infectados, o pH da ferida tende a mudar para valores ligeiramente alcalinos devido aos metabólitos de bactérias que são liberados. Curativos inteligentes capazes de detectar alterações de pH podem ser utilizados para proporcionar um tratamento imediato nesses casos. Eles utilizam uma molécula cromófora que, ao alterar sua cor, indica mudança de pH na área da ferida. As antocianinas, um conhecido grupo de cromóforos naturais presentes em frutas e vegetais de coloração rosa, avermelhada e em alguns casos azul, possuem propriedades interessantes e podem ser aplicadas em curativos. No entanto, devido à sua instabilidade, são sensíveis a fatores como temperatura, luz, enzimas e níveis de oxigênio, o que limita sua aplicabilidade. A ligação covalente das antocianinas em polímeros, como a celulose bacteriana, é uma alternativa para superar esse problema. Após a alteração química dos grupos funcionais superficiais da biocelulose por meio da oxidação dos grupos hidroxila, é possível realizar a ligação covalente dessas com antocianinas, conferindo ao curativo a capacidade de trocar de cor na presença de diferentes pHs. Neste trabalho, buscou-se modificar a estrutura química do polímero e avaliar sua aplicação como curativo indicador. Os resultados demonstraram que a oxidação sequencial com periodato e clorito de sódio foi eficaz na geração de grupos carboxílicos, confirmada por espectroscopia no infravermelho e ensaios de adsorção de azul de metileno, apesar da limitação imposta pela cristalinidade da biocelulose. Determinou-se que o tempo de oxidação com clorito de 24 horas foi crítico para garantir a densidade de sítios ativos necessária para a fixação estável das antocianinas, evitando a lixiviação observada nas amostras oxidadas por 4 horas. As membranas funcionalizadas obtidas exibiram sensibilidade visual clara, transicionando de rosa em pH 5 para azul/púrpura em pH 8, validando o potencial do material como um dispositivo médico não invasivo para o monitoramento de infecções em feridas.

The number of people affected by chronic wounds increases each year, and it is currently one of the major challenges in healthcare. Wound infection not only brings detrimental effects to people's physical and mental health but also causes substantial economic burdens for society. Thus, the development of methods to monitor the evolution and healing process of wounds is an important tool for improving these patients' quality of life. In infected tissues, the wound pH tends to shift toward slightly alkaline values due to the release of bacterial metabolites. Smart dressings capable of detecting pH alterations can be used to provide immediate treatment in these cases. They utilize a chromophore molecule that, by changing its color, indicates a pH change in the wound area. Anthocyanins, a well-known group of natural chromophores present in pink, reddish, and in some cases blue fruits and vegetables, possess interesting properties and can be applied in dressings. However, due to their instability, they are sensitive to factors such as temperature, light, enzymes, and oxygen levels, which limits their applicability. The covalent bonding of anthocyanins to polymers, such as bacterial cellulose, is an alternative to overcome this problem. After the chemical alteration of the biocellulose surface functional groups through the oxidation of hydroxyl groups, it is possible to perform their covalent bonding with anthocyanins, granting the dressing the ability to change color in the presence of different pH levels. In this work, we sought to modify the chemical structure of the polymer and evaluate its application as an indicator dressing. The results demonstrated that sequential oxidation with sodium periodate and chlorite was effective in generating carboxylic groups, confirmed by infrared spectroscopy and methylene blue adsorption assays, despite the limitation imposed by the crystallinity of the biocellulose. It was determined that a 24-hour chlorite oxidation time was critical to ensure the density of active sites necessary for the stable fixation of anthocyanins, avoiding the leaching observed in samples oxidized for 4 hours. The functionalized membranes obtained exhibited clear visual sensitivity, transitioning from pink at pH 5 to blue/purple at pH 8, validating the material's potential as a non-invasive medical device for monitoring wound infections.