A 'bioimpressão' 3D pode ajudar com defeitos cardíacos infantis e mais
Por Natalie Sabin
11 de julho de 2022 - Quase 1 em cada 100 crianças nos Estados Unidos nasce com defeitos cardíacos. Os efeitos podem ser devastadores, exigindo que a criança dependa de dispositivos implantados que devem ser mudados ao longo do tempo.
"As soluções mecânicas não crescem com o paciente", diz Mark Skylar-Scott, PhD, professor de bioengenharia da Universidade de Stanford. "Isso significa que o paciente precisará de múltiplas cirurgias conforme elas crescem".
Ele e sua equipe estão trabalhando em uma solução que poderia proporcionar a essas crianças uma melhor qualidade de vida com menos cirurgias". A idéia deles: Usando "bioprinters" 3D para fabricar os tecidos que os médicos precisam para ajudar um paciente.
"O sonho é poder imprimir tecidos cardíacos, como válvulas cardíacas e ventrículos, que estão vivendo e podem crescer com o paciente", diz Skylar-Scott, que passou os últimos 15 anos trabalhando em tecnologias de bioimpressão para a criação de vasos e tecidos cardíacos.
A impressora 3D para seu corpo
A impressão 3D normal é muito parecida com a impressora a jato de tinta em seu escritório, mas com uma diferença fundamental: Em vez de pulverizar uma única camada de tinta em papel, uma impressora 3D libera camadas de plásticos fundidos ou outros materiais, uma de cada vez, para construir algo de baixo para cima. O resultado pode ser praticamente qualquer coisa, desde peças de automóveis até casas inteiras.
A bioimpressão tridimensional, ou o processo de usar células vivas para criar estruturas 3D como pele, vasos, órgãos ou ossos, soa como algo fora de um filme de ficção científica, mas na verdade existe desde 1988.
Onde uma impressora 3D pode depender de plásticos ou concreto, uma bioimpressora requer "coisas como células, DNA, microRNA e outras matérias biológicas", diz Ibrahim Ozbolat, PhD, professor de ciência e mecânica de engenharia, engenharia biomédica e neurocirurgia na Penn State University.
"Esses materiais são carregados em hidrogéis para que as células possam permanecer viáveis e crescer", diz Ozbolat. "Este 'bio-ink' é então estratificado e dado tempo para amadurecer em tecido vivo, o que pode levar de 3 a 4 semanas".
Quais partes do corpo os cientistas conseguiram imprimir até agora? A maioria dos tecidos criados através da bioimpressão até o momento são bastante pequenos - e quase todos ainda estão em diferentes fases de testes.
"Testes clínicos começaram para reconstrução da orelha da cartilagem, regeneração nervosa e regeneração da pele", diz Ozbolat. "Nos próximos 5 a 10 anos, podemos esperar mais ensaios clínicos com tipos de órgãos complexos".
O que está segurando a Bioprinting Back?
O problema com a bioimpressão 3D é que os órgãos humanos são espessos. São necessárias centenas de milhões de células para imprimir um único milímetro de tecido. Não só este recurso é intensivo, como também consome muito tempo. Uma bioimpressora que empurrasse células únicas de cada vez precisaria de várias semanas para produzir até mesmo alguns milímetros de tecido.
Mas Skylar-Scott e sua equipe alcançaram recentemente um avanço que pode ajudar a reduzir significativamente o tempo de fabricação.
Em vez de trabalhar com células únicas, a equipe da Skylar-Scott conseguiu uma bioimpressão bem sucedida com um aglomerado de células-tronco chamadas organóides. Quando vários organóides são colocados próximos uns dos outros, eles se combinam - de forma semelhante a como os grãos de tufos de arroz se juntam. Estes tufos então se auto-montam para criar uma rede de pequenas estruturas que se assemelham a órgãos em miniatura.
"Em vez de imprimir células únicas, podemos imprimir com blocos de construção maiores [os organoides]", diz Skylar-Scott. "Acreditamos que é uma forma mais rápida de fabricar tecidos".
Enquanto os organóides aceleram a produção, o próximo desafio para esta forma de bioimpressão 3D é ter materiais suficientes.
"Agora que podemos fabricar coisas com muitas células, precisamos de muitas células para praticar", diz Skylar-Scott. Quantas células são necessárias? Ele diz que "um cientista típico trabalha com 1 a 2 milhões de células em um prato". Para fabricar um órgão grande e grosso, são necessárias de 10 a 300 bilhões de células".
Como a bioimpressão pode mudar a medicina
Uma visão para a bioimpressão é criar tecido vivo do coração e órgãos inteiros para uso em crianças. Isto poderia reduzir a necessidade de transplantes de órgãos e cirurgias, uma vez que os tecidos vivos cresceriam e funcionariam junto com o próprio corpo do paciente.
Mas muitas questões precisam ser resolvidas antes que os principais tecidos do corpo possam ser impressos e viáveis.
"Neste momento estamos pensando pequeno em vez de imprimir um coração inteiro", diz Skylar-Scott. Em vez disso, eles estão focados em estruturas menores, como válvulas e ventrículos. E essas estruturas, diz Skylar-Scott, estão pelo menos 5 a 10 anos fora.
Enquanto isso, a Ozbolat prevê um mundo onde os médicos poderiam bioimprimir exatamente as estruturas de que precisam enquanto um paciente está na mesa de cirurgia. "É uma técnica onde os cirurgiões poderão arrastar a impressão diretamente sobre o paciente", diz Ozbolat. Tal tecnologia de impressão de tecidos está em sua infância, mas sua equipe está dedicada a levá-la adiante.
