Estudo computacional via dinâmica molecular de poli(vinil álcool) funcionalizado com tripetídeo RGD

Abstract

Hidrogéis são redes poliméricas tridimensionais ligadas entre si por reticulações químicas ou físicas, e podem absorver água ou fluidos biológicos. A estrutura permite que estes materiais tenham altos níveis de hidrofilicidade e biocompatibilidade, que em conjunto com as demais propriedades, fazem com que os hidrogéis sejam vistos como promissores biomateriais. Devido a estas características, hidrogéis possuem diversas aplicações voltadas as áreas médica e farmacêutica. Alguns hidrogéis apresentam um comportamento responsivo a variações de alguma condição do ambiente, são os chamados hidrogéis responsivos ou hidrogéis inteligentes. Neste trabalho foi escolhido o polímero poli (vinil álcool) funcionalizado com o tripeptídeo RGD. A investigação foi desenvolvida através de simulações de dinâmica molecular a fim de primeiramente observar a formação do hidrogel. Para então observar a influência do tripeptídeo, da temperatura e do pH na capacidade do polímero de absorver água e em sua estrutura. Para isso, foram realizadas análises de desvio quadrático médio estrutural, raio de giro e ligações de hidrogênio. As análises de função de distribuição radial mostraram indícios da formação de ligações de hidrogênio, tanto de interações intramolecular como intermolecular. Enquanto as demais análises mostraram que pode ocorrer comportamento responsivo para a temperatura de 310 K. Quando a pH do meio passa de neutro para ácido, ocorrem mudanças nas ligações de hidrogênio e na estrutura. Estudos experimentais de hidrogéis ainda possuem algumas limitações, visto que certas características do material não podem ser determinadas com precisão. Através de métodos computacionais medidas como a quantidade e localização de reticulações e de peptídeo podem ser determinadas. Assim, estudos computacionais prévios ou posteriores podem ajudar a esclarecer dados obtidos experimentalmente.

Hydrogels are three-dimensional polymeric network crosslinked to each other by chemical or physical crosslinks, and can imbibe water or biological fluids. The materials structure allows it to have high levels of hydrophilicity and biocompatibility, which together with the other properties make them promising biomaterials. Due to these two characteristics hydrogels have numerous biomedical and pharmaceutical applications. Some hydrogels have a responsive behavior due to changes in their environment, the so-called stimuli-responsive hydrogels, or “smart” hydrogels. For this work the poli(vinyl alcohol) polymer functionalized with RGD peptide was chosen. The work was developed using molecular dynamics simulations in order to observe the hydrogel formation and also the influence of tripeptide, temperature and pH in water imbibe capacity and polymer structure. For this analysis of root-mean-square deviation, radius of gyration and radial distribution function was performed. The analysis of radial distribution function showed signs of hydrogen bond formation of both intramolecular and intermolecular interactions. Other analysis showed that thermoresponsive behavior may occur for 310 K. When the environment pH value is modified from neutral to acidic, changes occur in hydrogen bonds and structure. Experimental studies of hydrogels have some limitations because some characteristics of the material can’t be precisely determinated. With computational methods the amount and the location of crosslinks and peptide can be determinated. Therefore, previous or posterior computational studies can help to elucidate experimental data.