Cientistas usam robô para imprimir "miocárdio" que dura 6 meses

A bioimpressão 3D tem demonstrado suas vantagens como um dos principais métodos na fabricação de tecidos humanos simples, mas ainda enfrenta dificuldades para gerar vasculaturas e preservar funções celulares na produção de órgãos complexos. Porém, um avanço recente feito por cientistas chineses pode alterar o panorama atual da bioimpressão 3D.

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A equipe de Xiujie Wang, pesquisadora do Instituto de Genética e Biologia do Desenvolvimento, da Academia Chinesa de Ciências, juntamente com a equipe de Changling Wang, professor da Universidade de Manchester, no Reino Unido, e Yongjin Liu, professor da Universidade de Tsinghua, na China, transformou um robô articulado de seis eixos em uma impressora 3D biológica — impressão 3D de materiais biológicos.

Segundo o estudo publicado na revista internacional Bioactive Materials, a impressora criada pelos cientistas é capaz de criar tecidos e órgãos impressos “em longo prazo”.

A atual tecnologia de impressão bio-3D ainda não consegue criar órgãos complexos com funções fisiológicas e de sobrevivência a longo prazo, principalmente porque só pode imprimir em camadas, e consegue apenas empilhar células em planos de formato simples, além de não realizar a integração de células e redes vasculares — o que resulta na falta de nutrientes para a sobrevivência das células impressas.

Para resolver o problema, Xiu Jie Wang e seus colaboradores adaptaram um robô de seis eixos capaz de girar 360 graus livremente para imprimir células em todas as direções, ao invés de usar a impressora 3D tradicional que opera no modo de impressão por camadas simples.

De acordo com o estudo, o novo sistema de bioimpressão supera a limitação de camada plana enfrentada pela impressão biológica 3D convencional e fornece uma solução mais viável para a fabricação in vitro de tecidos e órgãos complexos, além de não danificar as células, como acontece com o método tradicional do processo.

Outro detalhe importante é que o novo método de impressão também envolve o banho de óleo, que permite que as células impressas sejam aderidas de forma estável a qualquer superfície do arcabouço — base para um órgão impresso, feita de material biodegradável — e preservar melhor as funções naturais das células após a impressão.

A impressora também conta com um esquema cíclico de fabricação de órgãos de "impressão e cultura" baseado no processo de desenvolvimento natural de tecidos e órgãos, onde várias camadas de células são impressas em um arcabouço vascular, co-cultivadas por um período de tempo para induzir junções intercelulares — complexos multiproteicos, que proporcionam o contato entre as células vizinhas, ou entre uma célula e a matriz extracelular — funcionais e novos capilares entre as células impressas, para então finalizar o processo com uma nova rodada de impressão de células.

O processo de "impressão e cultura" permite a formação de uma rede de vasos sanguíneos dentro do tecido miocárdico impresso, semelhante à de um órgão do corpo humano — o que contribui com a sobrevivência a longo prazo do tecido impresso e, consequentemente, dos órgãos.

Com a aplicação da tecnologia, a equipe de colaboração realizou experimentos relacionados à impressão de células endoteliais vasculares e cardiomiócitos em andaimes vasculares.

Para criar as células endoteliais vasculares — que recobrem o interior dos vasos sanguíneos — em arcabouços vasculares, os cientistas usaram dois robôs articulados de seis eixos. As células criadas foram capazes de gerar novos vasos sanguíneos e redes capilares com a ajuda da angiogênese, mecanismo de crescimento de novos vasos sanguíneos a partir dos já existentes.

Sucesso do miocárdio de laboratório

Os cardiomiócitos impressos também formaram junções comunicantes — estruturas que permitem a comunicação entre células — dentro de um curto período, além de restaurar e manter batimentos regulares por 6 meses.

A vascularização e a sobrevivência celular têm sido alguns dos desafios da bioimpressão 3D para a fabricação de órgãos in vitro, com o projeto foi possível criar um sistema de estruturas vasculares capazes de fornecer nutrientes ás células impressas.

O estudo mostrou que com o novo método será possível de gerar tecidos e órgãos artificiais funcionais in vitro em larga escala. Segundo os cientistas, a combinação de vários robôs em uma plataforma de impressão colaborativa pode atender às necessidades práticas de impressão simultânea de vários tipos de células, gerando tecidos/órgãos complexos com composições de células padronizadas de maneira mais eficiente.

Fonte: Science, Sciencenet