Ref.: MCoBi02-017
Apresentador: Maria Iaponeide Fernandes Macêdo
Autores (Instituição): Rosenbach Jr, N.(Universidade do Estado do Rio de Janeiro); da Silva, M.B.(Universidade do Estado do Rio de Janeiro); Macêdo, M.I.(Universidade do Estado do Rio de Janeiro);
Resumo:
O menisco é uma estrutura de fibrocartilagem presente na articulação do joelho, que desempenha um papel crucial na absorção de choques, distribuição de força e estabilidade. Sua estrutura compreende três camadas formadas por células semelhantes a fibroblastos, condrócitos e fibrocondrócitos. A matriz extracelular de células fibroblásticas é composta por colágeno tipo II. A crescente incidência de lesões do menisco tem levado à implantação de meniscos sintéticos. O desenvolvimento de novos materiais capazes de substituir o menisco no tratamento de lesões deve combinar propriedades semelhantes à do tecido humano. Embora as propriedades mecânicas das fibras de colágeno tenham sido estudadas utilizando simulações clássicas de campos de força, apenas um número limitado de estudos relataram simulações baseadas em campos de força reativos. Neste trabalho, utilizamos o método de dinâmica molecular reativa (ReaxFF) para investigar o comportamento do colágeno em simulações que mimetizam as condições naturais das fibras meniscal.
Todas as simulações foram realizadas utilizando a versão ReaxFF no LAMMPS. As estruturas de colágeno 1QSU e 1BKV foram obtidas diretamente do Protein Data Bank. Após a introdução de átomos de hidrogênio, a estrutura de colágeno foi colocada em uma caixa e a a energia minimizada para evitar interações irrealistas decorrentes de potenciais sobreposições de átomos de hidrogênio. A temperatura foi gradualmente elevada para 310 K no ensemble NVT até o equilíbrio. Em seguida, simulações MD foram realizadas no ensemble NVE. A tensão foi aplicada nas direções axial e perpendicular, induzindo segmentos das moléculas de colágeno a se deslocarem a uma taxa de 0,001 Å por passo, enquanto outras regiões permaneceram estacionárias. Para este estudo, foi utilizado um campo de força ReaxFF de nitramina reparametrizada, previamente desenvolvido para estudar a formação de aglomerados de carbono durante a decomposição térmica de altos explosivos TATB e HMX.
A curva tensão-deformação obtida a partir de simulações MD na estrutura de colágeno 1BKV sob deslocamento axial mostra que tensão máxima corresponde à falha mecânica da fibra. A fratura é precedida por um aumento no raio de curvatura, resultando em uma transição da configuração linear da fibra para uma curva. Estas regiões caracterizadas por curvatura aumentada, tipicamente situadas perto da extremidade da fibra na maior parte das trajetórias MD, correspondem a ocorrências de falhas mecânicas. Este comportamento está de acordo com simulações usando campos de força clássicos. O módulo de Young é estimado como a inclinação da tangente no regime de deformação elástica da curva tensão-deformação. Para a estrutura do colágeno 1BKV, o módulo de Young obtido é de 10,3 GPa. A estrutura do colágeno 1QSU mostra comportamento comparável, mas algumas trajetórias carecem de regimes elásticos bem definidos. Resultados comparáveis também surgem da carga perpendicular em ambas as estruturas de colágeno.