Polímeros em medicina Teach article

Materiais

• Solução de iodo (aproximadamente 0.05 M)
• Solução de amido (aproximadamente 0.12% p/v)
• Uma selecção de diferentes películas de plástico

Procedimento

Investiga o movimento das partículas de iodo através de diferentes membranas. Faz um pequeno saco a partir da cada membrana e coloca-o num tubo contendo solução de amido, conforme ilustrado na Figura 1. Verte uma porção de solução de iodo em cada saco e observa o que acontece.

1. Regista as tuas observações na Tabela 2.

2. Consegues explicar o que está a acontecer?
3. Consegues fazer corresponder cada um dos teus tubos (1-4) a um dos diagramas (A-D) na Figura 2?

4. O que aconteceria em cada tubo se se trocassem as soluções: se ao início, a solução de moléculas de menores dimensões estivesse no tubo e a solução de maiores dimensões estivesse na membrana (Figura 3)? Insere as tuas previsões na Tabela 3.

O rim humano é um órgão espantoso, que tem duas funções essenciais: a manutenção do equilíbrio hídrico no organismo, e a excreção de ureia, sais e água. Todos os dias, os rins filtram 180 l de fluído a partir do sangue – a maior parte do qual é reabsorvido, juntamente com todos os nutrientes que o organismo ainda precisa, tais como glicose e aminoácidos. A partir dos 180 l de fluído que filtram, os rins produzem cerca de 2 l de urina, contendo resíduos como a ureia, que é tóxica para o organismo. A urina é então armazenada na bexiga antes de ser excretada.

1. Porque é que pensas que normalmente não existem proteínas plasmáticas na urina, apesar de estas se encontrarem em solução no plasma sanguíneo?
2. Como consequência de certas lesões ou doenças, podem aparecer células sanguíneas na urina. O que poderá ter acontecido para causar isto?

Se os rins de uma pessoa falharem, a morte ocorrerá em cerca de quatro dias, uma vez que a ureia se acumula e o organismo perde o controlo do seu equilíbrio hídrico. A vida da pessoa pode ser salva com a ajuda de diálise; tipicamente isto envolve três visitas por semana ao hospital. Durante a diálise, que demora cerca de seis a oito horas, o sangue é removido do organismo do paciente através de um tubo, e circula até uma máquina onde passa junto a um filtro designado por membrana de diálise. Uma solução de diálise específica circula do outro lado da membrana. A composição desta solução assegura que a ureia passa através da membrana desde o sangue até ao fluído de diálise, mas a glicose e os aminoácidos não. O sangue – sem ureia – é então devolvido ao corpo.

3. Porque é que os glóbulos vermelhos e as proteínas plasmáticas não são removidos do sangue durante a diálise?
4. A ureia, a glucose e os aminoácidos são moléculas de tamanho idêntico. Porque é que a ureia passa através da membrana de diálise, mas a glicose e os aminoácidos não passam?
5. O que aconteceria se se usasse água como fluído de diálise?
6. De que forma poderia a diálise ser utilizada para remover sais em excesso?

O polímero policloreto de vinilo (PVC) é um plástico durável e económico utilizado em tubagens, sinais rodoviários e roupa. Frequentemente são adicionados plastificantes para o tornar mais flexível e fácil de manipular. Nesta actividade, irás fazer uma membrana de PVC com e sem plastificante, e comparar as suas propriedades físicas e químicas.

As membranas antimicrobianas são utilizadas em muitas tecnologias médicas, e são produzidas através da incorporação de micropartículas de prata e de outros metais nos polímeros. Na presença de oxigénio (no ar) e água, as partículas de prata elementar reagem, formando iões prata (Ag2+), que podem degradar paredes celulares, inibir a reprodução celular e perturbar o metabolismo de algumas bactérias, vírus, algas e fungos^w3, ^w4.

Materiais

• Solvente: oxolane (tetrahidrofurano, (CH₂)₄O)
• Pó de PVC
• Sebacato de dibutilo ou outro plastificante
• Nitrato de prata (AgNO₃)
• Citrato trissódico (Na₃C₆H₅O₇)
• Agar nutritivo
• Cultura bacteriana (por exemplo, E. coli num caldo nutritivo)
• Uma placa de aquecimento
• Um agitador magnético
• Gobelés de 55 ml
• Um suporte de vidro (por exemplo, um gobelé, vidro de relógio ou lâmina de vidro)
• Um cilindro graduado
• Uma pipeta de Pasteur
• Uma espátula
• Placas de Petri
• Ansas de inoculação

Procedimento

Nota de segurança: Todos os procedimentos devem ser realizados numa hotte. O tetrahidrofurano é um líquido altamente inflamável e o seu vapor pode causar severas irritações oculares. Deve ser manipulado cuidadosamente numa hotte e devem ser usadas luvas quando este for utilizado.

1) Fazer PVC sem um plastificante

1. Usando a placa de aquecimento e um agitador magnético, aquecer 20 ml de solvente.
2. Adicionar 1.5g de pó de PVC lentamente, e agitando.
3. Após cerca de 10 min, a solução deve tornar-se mais viscosa. Retirar o gobelé da fonte de aquecimento.
4. Remover o agitador magnético e verter alguns mililitros da solução de PVC, sobre o suporte de vidro (dentro ou fora do gobelé, ou por cima da lâmina de vidro ou do vidro de relógio), formando uma camada tão fina e homogénea quanto possível. Para assegurar a fina camada, rodar o suporte de vidro cuidadosamente enquanto a solução ainda estiver quente.
5. Deixar o suporte e o PVC na hotte até à evaporação do solvente; isto demora cerca de 15 min. A membrana de PVC pode então ser facilmente destacada do suporte de vidro.

2) Fazer PVC com um plastificante

Repetir os procedimentos descritos em cima para fazer mais quarto membranas de PVC, cada uma das quais com uma quantidade diferente de plastificante adicionado ao solvente aquecido (ver Tabela 4).

1. Compara as tuas cinco amostras de membranas de PVC. Que efeito confere o plastificante ao plástico?
2. O que é que pensas que acontece ao plástico quando se adiciona mais plastificante?
3. Tendo em consideração a imagem de microscopia electrónica de varrimento (SEM) apresentada em baixo, a tua resposta à Questão 2 estava correcta?
4. Estas membranas podem ser utilizadas na actividade anterior (‘Membranas com poros invisíveis’) para investigar o tamanho relativo dos ‘poros’.

3) Fazer PVC antibacteriano

A preparação de PVC contendo partículas de prata implica que as membranas tenham poros maiores, utilizando-se por isso um plastificante. A prata é adicionada sob a forma de nitrato de prata, que é então reduzido, utilizando citrato de sódio.

1. Usando a placa de aquecimento e um agitador magnético, aquecer 20 ml de solvente.
2. Adicionar 2.5 ml de plastificante, e de seguida adicionar lentamente 1-5 g de pó de PVC.
3. Adicionar 2.5 ml de nitrato de prata 10 mM e agitar durante 1-2 min.
4. Dividir a solução por 2 gobelés de 75 ml. Rodar rapidamente cada um dos gobelés de forma a que o interior fique revestido com solução, formando uma membrana com o formato do gobelé. Assegurar que não existem falhas, uma vez que a membrana deve ser capaz de conter água.
5. Deixar os gobelés na hotte até à evaporação do solvente, e de seguida remover cuidadosamente as membranas. (Isto é consideravelmente difícil; preparando dois, aumentas a tua probabilidade de ter sucesso.)
6. Prepara uma solução 5 mM de citrato de sódio e verte cuidadosamente numa das membranas em formato de gobelé. A solução deve passar através da membrana (segura-a por cima de um gobelé), ao reagir com o nitrato de prata, dando origem a nano- ou micropartículas de prata.
7. Repara na alteração de cor da membrana.
8. Deixar a membrana secar na hotte. Imagens características de SEM (direita) mostram a presença de prata elementar dispersa numa membrana de PVC.

De seguida, podes investigar as propriedades antibacterianas das membranas preparadas.

1. Preparar uma placa de meio com uma cultura bacteriana: numa placa de Petri contendo agar nutritivo, inocula cerca de 100 µl da tua cultura bacteriana (por exemplo, E. coli em caldo nutritivo) e utiliza uma ansa de inoculação para os espalhar pela placa de forma homogénea.
2. Coloca na placa aproximadamente 1 cm² da tua membrana de PVC impregnada de prata.
3. Alternativamente, para permitir uma comparação, coloca na placa três pedaços de membrana de PVC, um dos quais não tratado com prata.
4. 3. Incubar a placa a 37 °C durante a noite, e de seguida medir a zona de inibição em torno de cada pedaço de membrana.

Nota de segurança: Como em todos os estudos microbiológicos, devem ser sempre utilizados materiais esterilizados (quer numa autoclave, quer numa panela de pressão, ou mergulhados em etanol e depois flamejados). Isto inclui as tesouras que usas para cortar a membrana. Para evitar contaminações cruzadas, lava as ansas de inoculação com detergente antibacteriano antes de as usar.

As propriedades antibacterianas destas membranas tornam-nas úteis para o tratamento de feridas e queimaduras, bem como infecções com bactérias tais como Staphylococcus aureus resistentes à meticilina (MRSA) e E. coli.

1. Porque é que as membranas de PVC antibacteriano são particularmente úteis no tratamento de infecções por MRSA?
2. 2. De que outras aplicações para as membranas antibacterianas de PVC te consegues lembrar?