Um dos maiores desafios para avançar na produção de tecidos biológicos em 3-D era conseguir imprimir partes moles, como as artérias. Praticamente tudo o que foi impresso até agora era constituído por materiais mais rígidos, como metais e plásticos.
Recentemente, uma equipe pesquisadores da Universidade Carnegie Mellon, na Pensilvânia (EUA) deu o passo que faltava para superar essa dificuldade. Liderados pelo engenheiro biomédico Adam Feinberg, do Grupo de Terapêutica Regenerativa e Biomateriais, os cientistas desenvolveram um método que permite usar materiais moles como colágeno e fibrina sintéticos (mas ambos são fabricados pelo corpo) na impressão de materiais biológicos em 3-D.
No trabalho que descreve o avanço, publicado na sexta-feira (23) pela revista Science Advances, Feinberg e equipe descrevem a impressão de artérias e de um coração embrionário.
“Conseguimos adaptar imagens de ressonância magnética de artérias coronárias e imagens 3-D de corações de embriões e os imprimimos com uma resolução e qualidade sem precedentes e materiais muito moles, como o colágeno”, conta Feinberg.
Como o método inova
Normalmente, as impressoras 3-D constroem objetos duros, feitos de plástico ou metal. Elas funcionam depositando material camada a camada para criar a superfície de um objeto 3-D. A impressão de cada camada requer um suporte robusto das camadas anteriores, o que limitava, até a invenção de Feinberg, as possibilidades de imprimir com materiais macios como gel.
“O desafio de trabalhar com materiais macios – pense em algo como a gelatina que comemos – é que eles entram em colapso quando são impressos em 3-D soltos no ar”, explicou Feinberg. Por isso, os pesquisadores uma espécie de suporte feito com uma substância viscosa e pegajosa, no interior da qual as artérias coronárias e o coração foram impressos, camada por camada. Esse suporte permite usar, com precisão, materiais como colágeno e fibrina.
Um dos maiores avanços da técnica, chamada de Fresh (sigla em inglês para Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels), é que o suporte viscoso pode ser facilmente derretido e removido pelo aquecimento a uma temperatura próxima à do corpo, o que não danificaria as delicadas biomoléculas das novas células impressas.
O colágeno usado para compor as artérias e o coração é uma proteína de origem animal é que dá firmeza à pele, às cartilagens e, em geral, às estruturas do corpo que não precisam da sustentação dos ossos, mas de um suporte. Já a fibrina é uma proteína esbranquiçada, insolúvel e está presente na formação dos coágulos sanguíneos.
A comunicade científica comemorou o avanço. “Trabalhos como esse podem ter um efeito transformador sobre a sociedade”, disse Jim Garrett, um dos professores mais antigos e respeitados (um decano) da Faculdade de Engenharia da Universidade Carnegie Mellon. “Devemos esperar para ver as bioimpressões continuarem a crescer como uma ferramenta importante para um grande número de aplicações médicas.”
Como próximo passo, o grupo de Feinberg está trabalhando para incorporar células cardíacas vivas a essas estruturas de tecidos impressos em 3-D. O objetivo inicial é desenvolver tecidos musculares cardíacos que serviriam como adesivos (patches) reparar defeitos cardíacos.
“Para funcionar no corpo, tecidos impressos precisam de estruturas internas complexas povoadas com células vivas, ou, em alguns casos, de camadas de células em suas estruturas de suporte”, diz o especialista.
Impressoras 3-D baratas e código aberto
A bioimpressão é um campo em crescimento, mas a maioria das bioimpressoras 3-D tem custo superior a US$ 100 mil e sua operação é complexa, o que limita a adoção mais ampla.
O grupo de Feinberg, no entanto, implementou seu método em impressoras 3-D que custam menos de US $ 1 mil, utilizando hardware e software de fontes abertas.
“Não é só o custo baixo, mas usando software de código aberto, podemos afinar os parâmetros de impressão, otimizar o que estamos fazendo e maximizar a qualidade do que estamos imprimindo”, disse Feinberg. “E também estamos contribuindo ao liberar nossos projetos de impressora 3-D sob uma licença de código aberto.”
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