Investigação e Inovação na UMinho - Projeto "Seda de aranha biofuncionalizada para a medicina regenerativa"

Ana Marques ⠿ 31-03-2026 15:00

Biomateriais desenvolvidos no 3B’s exploram o potencial da seda para regenerar tecidos, prevenir infeções e responder a desafios clínicos em áreas como nervos, ossos e tecidos moles.

Inspirada na seda produzida pelas aranhas, a investigação desenvolvida na Universidade do Minho procura transformar este material natural numa plataforma biomédica avançada, capaz de interagir com o organismo e promover a regeneração de tecidos. No 3B’s Research Group, a investigação centra-se na biofuncionalização da seda, combinando biotecnologia e engenharia de materiais para criar soluções com aplicações na medicina regenerativa. Em entrevista, a investigadora Albina Franco explica o potencial desta abordagem e os principais desafios associados ao seu desenvolvimento.

Como surgiu a ideia de trabalhar a seda de aranha para aplicações em medicina regenerativa?

A seda de aranha é um dos materiais naturais mais extraordinários conhecidos, com resistência mecânica superior à do aço, flexibilidade notável e biocompatibilidade excecional, tornando-a ideal para aplicações médicas inovadoras. A ideia de utilizá-la em medicina regenerativa surgiu de um projeto pioneiro, já concluído no Grupo de Investigação 3B’s da Universidade do Minho, sob a alçada do Professor Rui Reis e da Investigadora Auxiliar Isabel Leonor, e em colaboração com o Investigador Auxiliar Rui Costa do Grupo de Investigação 3B’s da Universidade do Minho e do Professor David Kaplan, da Tufts University, em Boston. Eles foram os dinamizadores desta ideia e permitiram que a minha investigação começasse por explorar biomateriais com propriedades antimicrobianas que interagissem harmoniosamente com células e tecidos humanos, impedindo a proliferação de bactérias patogénicas. A seda de aranha emergiu como uma plataforma excecionalmente promissora para desenvolver novos materiais que suportem e acelerem, de forma integrada e eficaz, a regeneração de tecidos.

Quando falamos em “seda de aranha biofuncionalizada”, do que estamos realmente a falar? Como explicaria este projeto a alguém sem formação científica?

Estamos a falar de um material inspirado na seda natural das aranhas, produzido em laboratório e aprimorado para desempenhar funções específicas no corpo humano. “Biofuncionalizar” significa adicionar pequenas sequências de proteínas ou péptidos por meio de engenharia genética, que enviam sinais às células. Estas sequências são devidas a péptidos ou proteínas humanas com propriedades biológicas específicas, como, por exemplo, antimicrobianas (como o péptido defensina HNP1) e proteínas osteogénicas (como a proteína BMP7), entre outras. Esta biofuncionalização é como transformar a seda numa espécie de andaime inteligente ou “scaffold”, com funções biológicas específicas que orientam as células a crescer, organizar-se e reparar tecidos danificados.

Que problema médico concreto pode vir a ser resolvido com este material?

Este tipo de biomaterial de seda pode ser decisivo no tratamento de situações em que o corpo enfrenta dificuldades para regenerar tecidos de forma autónoma, como defeitos ósseos extensos, a prevenção de infeções microbianas persistentes ou danos em tecidos moles, como os músculos. O objetivo principal é conceber estruturas que guiem a regeneração celular de forma ordenada, e também acelerem a recuperação funcional, promovendo uma integração harmoniosa com o tecido nativo e minimizando complicações a longo prazo.

Porque é que a seda de aranha desperta tanto interesse na medicina regenerativa?

A seda de aranha destaca-se por reunir, num único material, propriedades raras e complementares, difíceis de encontrar juntas: uma resistência mecânica excecional, flexibilidade natural, baixo peso, biodegradabilidade controlada e elevada tolerância geral ao organismo humano. Além disso, pode ser modificada em nível molecular, incorporando funções biológicas específicas, como domínios de adesão celular, o que permite personalizar o biomaterial para diversas e precisas aplicações médicas, desde “scaffolds” para regeneração tecidular até veículos terapêuticos direcionados. Esta versatilidade molecular é o que a torna uma plataforma tão promissora na medicina regenerativa.

Esta seda é retirada de aranhas ou produzida em laboratório? Como funciona esse processo?

Não, a seda não é retirada diretamente das aranhas. No nosso laboratório, nos 3B’s, utilizamos seda recombinante produzida por biotecnologia avançada: os genes responsáveis pela síntese das proteínas da seda são introduzidos em microrganismos, como bactérias, que então as produzem de forma eficiente e controlada. Depois, estas proteínas são purificadas e processadas em diversos formatos de biomateriais, como fibras robustas, filmes finos ou hidrogéis versáteis, garantindo pureza, reprodutibilidade e escalabilidade para aplicações médicas inovadoras.

O que significa “biofuncionalizar” a seda e porque é que isso faz a diferença no comportamento das células?

Biofuncionalizar significa integrar na proteína da seda pequenos péptidos ou proteínas biológicas de origem humana, como sequências específicas de aminoácidos que as próprias células humanas produzem e reconhecem naturalmente. Estes sinais bioativos promovem a adesão celular ao material, estimulam a proliferação ou guiam a diferenciação em linhagens específicas, tornando o biomaterial mais do que uma mera estrutura passiva. Assim, ele evolui para uma plataforma ativa que comunica diretamente com as células, potencializando respostas regenerativas precisas e direcionadas.

De forma simples, como é que a seda ajuda o corpo a regenerar tecidos?

O biomaterial de seda funciona como um suporte temporário e inteligente numa zona lesionada, fornecendo uma estrutura porosa e biocompatível onde as células locais podem aderir, proliferar e organizar-se de forma ordenada. Ao mesmo tempo, pode fornecer sinais bioquímicos que estimulam a regeneração tecidular e orientam o processo de reparação. Com o tempo, o material degrada-se de forma gradual e controlada, sincronizada com a formação do novo tecido, que o substitui progressivamente sem deixar resíduos indesejados.

Uma das aplicações mais promissoras é na regeneração de nervos. Que resultados têm sido alcançados até agora?

Estudos experimentais revelam que biomateriais baseados em seda não só suportam o crescimento de células nervosas, mas também orientam ativamente a regeneração de axónios, criando um ambiente guiado que favorece a extensão neurítica. Em modelos animais, estes materiais apresentam um potencial notável para acelerar a regeneração nervosa e melhorar a recuperação funcional. Ainda assim, se os resultados forem promissores, será essencial realizar mais investigações para otimizar o desempenho, validar a segurança a longo prazo e pavimentar o caminho para aplicações clínicas generalizadas e seguras.

Para além dos nervos, que outros tecidos poderão beneficiar desta tecnologia?

Nós temos apostado forte no potencial da seda de aranha biofuncionalizada para revolucionar várias frentes da medicina regenerativa, como a regeneração óssea, a cicatrização acelerada de feridas, a reparação de tecidos moles e até a engenharia avançada de tecidos musculares. A versatilidade inerente desta seda permite personalizar o material para atender a necessidades biológicas específicas, ajustando a sua estrutura e composição para otimizar a integração celular, a resposta inflamatória e a funcionalidade em cada contexto terapêutico. Esta abordagem multifacetada posiciona a seda de aranha como uma plataforma promissora para soluções inovadoras e clinicamente impactantes.

A seda pode também transportar medicamentos diretamente para a zona lesionada. Como funciona esse mecanismo?

Sim, a seda pode ser utilizada como veículo de liberação controlada de fármacos, incluindo microRNAs, permitindo uma entrega precisa e sustentada diretamente no local de ação. Por meio de biofuncionalização estratégica — com anticorpos, péptidos ou ligandos específicos —, o material pode ser direcionado para reconhecer e interagir seletivamente com células-alvo, maximizando a eficácia terapêutica. Esta versatilidade da seda, aliada ao seu potencial em medicina regenerativa, permite adaptar o biomaterial a diferentes necessidades biológicas, desde a reparação tecidular até a modulação de vias celulares específicas, abrindo portas para terapias personalizadas e inovadoras.

Quais têm sido os principais desafios científicos ou tecnológicos no desenvolvimento deste biomaterial?

Um dos principais desafios no desenvolvimento destes biomateriais reside no controlo preciso das suas propriedades fundamentais — como a resistência mecânica, a taxa de degradação controlada ao entrar em contacto com fluidos e tecidos humanos, a sua biocompatibilidade e biodistribuição no organismo, e, sobretudo, a interação fina e direcionada com as células para promover adesão, proliferação e diferenciação sem respostas adversas. Outro desafio crítico reside na produção em escala industrial: assegurar processos de fabrico reprodutíveis que mantenham elevados padrões de qualidade, pureza, esterilidade e segurança farmacológica, superando obstáculos como a variabilidade na extração da seda, os custos elevados e a validação regulatória, que ainda dificultam a transição do laboratório para aplicações clínicas rotineiras e acessíveis.

O corpo humano aceita bem este material? Existe risco de rejeição?

De modo geral, e de acordo com as nossas investigações e o que está descrito na literatura científica, as proteínas de seda destacam-se pela sua boa biocompatibilidade, gerando respostas tecidulares favoráveis e minimamente invasivas. Os nossos estudos têm consistentemente demonstrado que provocam uma inflamação relativamente baixa em comparação com muitos materiais sintéticos, o que reforça a sua adequação para implantes de longa duração. Podemos também confirmar que fibras de seda biofuncionalizadas com propriedades antimicrobianas, quando testadas na presença de infeções bacterianas, exibem respostas imunológicas comparáveis ou até superiores aos controlos tratados com antibióticos convencionais. No entanto, como com qualquer biomaterial médico, é imperativo avaliar cuidadosamente a segurança e a performance em cada aplicação específica, ajustando formulações para otimizar a integração com o tecido hospedeiro.

A seda de aranha é conhecida pela sua resistência. De que forma essa característica é importante no contexto clínico?

A resistência mecânica é fundamental porque permite que os biomateriais de seda mantenham a sua integridade estrutural durante o tempo necessário para suportar a regeneração tecidular, evitando colapsos prematuros que comprometeriam o processo de cura. Ao mesmo tempo, a seda preserva uma notável flexibilidade, essencial para aplicações em tecidos dinâmicos do corpo humano, como pele, músculos e vasos, acompanhando os movimentos naturais sem causar irritação ou falha mecânica. Esta combinação única de força e adaptabilidade torna a seda ideal para implantes funcionais que precisam de funcionar em harmonia com a biomecânica do organismo.

O que acontece ao material depois de cumprir a sua função no organismo?

Os biomateriais de seda são considerados biodegradáveis porque são feitos sobretudo de fibroína, uma proteína que o próprio organismo degrada de forma controlada. À medida que o implante ou o hidrogel de seda permanece em contacto com os tecidos e fluidos corporais, as ligações da proteína vão sendo lentamente quebradas por hidrólise e por enzimas naturais, como as proteases. Esse processo transforma o material em fragmentos cada vez menores, até gerar péptidos e aminoácidos que o corpo reconhece e elimina ou reutiliza no seu metabolismo normal. Uma característica importante destes biomateriais é que a velocidade de degradação não é fixa: pode ser ajustada durante o processamento. Estruturas de seda mais cristalinas e compactas degradam-se mais devagar, oferecendo suporte mecânico por mais tempo, enquanto formas mais porosas e amorfas se degradam mais rapidamente. Isto permite desenhar materiais de seda que “acompanham” o ritmo de regeneração do tecido, fornecendo suporte inicial e desaparecendo gradualmente à medida que o novo tecido se forma. No final, o objetivo é que o biomaterial cumpra a sua função, seja substituído pelo tecido regenerado e não deixe resíduos tóxicos ou permanentes no organismo.

Quais são os próximos passos da investigação?

Os próximos passos incluem otimizar as propriedades dos biomateriais, testar novas estratégias de biofuncionalização e avaliar o desempenho em modelos biológicos mais avançados, como a estabilidade, a degradação e a resposta biológica, para melhor atender às necessidades de cada aplicação. Em paralelo, é fundamental explorar novas estratégias de biofuncionalização, incorporando moléculas bioativas ou fatores específicos que orientem a resposta celular e potencializem os efeitos regenerativos ou antimicrobianos. Finalmente, estas soluções devem ser avaliadas em modelos biológicos cada vez mais complexos e próximos da realidade clínica, a fim de gerar evidência robusta quanto à segurança e à eficácia. O objetivo final será reduzir a distância entre a investigação em laboratório e a utilização destes biomateriais em contexto clínico, permitindo que se tornem opções terapêuticas viáveis para os doentes.

Como se posiciona o 3B’s Research Group da Universidade do Minho nesta área a nível internacional?

O Grupo de Investigação 3B’s destaca-se como um centro de referência internacional em biomateriais, biotecnologia e medicina regenerativa, com uma abordagem científica profundamente interdisciplinar. Ao longo dos anos, tem reunido peritos em engenharia, ciências da vida e medicina para enfrentar desafios complexos na regeneração de tecidos, combinando competências diversas num esforço colaborativo. Esta dinâmica, reforçada por uma extensa rede de parcerias nacionais e internacionais, tem impulsionado o desenvolvimento de biomateriais inovadores e estratégias avançadas de reparação tecidular, gerando impacto significativo tanto na produção científica de excelência como na transferência de conhecimento para aplicações clínicas mais próximas da prática quotidiana.

Este projeto envolve colaborações internacionais ou parcerias com empresas de biotecnologia?

A investigação nesta área é normalmente muito colaborativa. Neste projeto, colaboramos com o professor David Kaplan, da Tufts University, em Boston, EUA, um cientista de renome na área. A investigação nesta área é, portanto, altamente colaborativa, mobilizando equipas multidisciplinares que combinam competências em materiais, biologia e engenharia. Frequentemente, estas linhas de trabalho estabelecem parcerias com centros académicos internacionais de excelência, permitindo a partilha de conhecimentos avançados e de recursos experimentais complementares. Em muitos casos, estas colaborações estendem-se também a empresas de biotecnologia, que desempenham um papel crucial na validação industrial, na otimização de processos e na aceleração da transferência de tecnologia, aproximando as descobertas laboratoriais de aplicações clínicas concretas.

Quando poderemos ver este tipo de solução a chegar efetivamente aos hospitais e aos doentes?

O desenvolvimento destes novos biomateriais médicos segue um processo longo e meticuloso, que começa com extensos testes laboratoriais para validar propriedades como biocompatibilidade, degradação controlada e resposta celular. Seguem-se estudos pré-clínicos em modelos animais mais representativos, para avaliar a segurança e a eficácia em condições fisiológicas reais, antes de avançar para ensaios clínicos faseados em humanos. Embora algumas tecnologias baseadas em seda, como suturas ou “scaffolds” para tecidos moles, já estejam a ser exploradas comercialmente com sucesso, muitas das aplicações mais inovadoras em regeneração tecidular, como hidrogéis antimicrobianos ou matrizes para reparação óssea, por exemplo, permanecem em fase de investigação avançada, aguardando otimização e validação regulatória antes de chegar ao mercado.

O que a motiva, enquanto investigadora, a trabalhar numa área com potencial tão transformador?

A possibilidade de criar soluções que melhorem tangivelmente a qualidade de vida dos doentes é uma das maiores motivações para quem trabalha nesta área. A investigação científica oferece o espaço ideal para explorar ideias inovadoras, testá-las rigorosamente e transformar conhecimento fundamental em aplicações práticas que geram impacto real na saúde e no bem-estar da sociedade. É esta ponte entre a descoberta e a aplicação clínica que confere sentido ao esforço diário em laboratório.

Que conselho daria a outros investigadores que queiram iniciar projetos inovadores?

A possibilidade de desenvolver soluções que efetivamente melhorem a qualidade de vida dos doentes constitui uma motivação profunda e central para todos os envolvidos nesta área. A investigação científica cria o ambiente ideal para explorar ideias inovadoras com rigor, convertendo conhecimento fundamental em aplicações práticas que geram impacto real e duradouro na sociedade, beneficiando diretamente pacientes e sistemas de saúde. É precisamente esta ligação entre a descoberta científica e o benefício humano que impulsiona o compromisso diário com a excelência na pesquisa.

Atualizado a 31-03-2026 15:00