De acordo com o Caltech , uma equipe de cientistas desenvolveu um método para impressão 3D de polímeros em locais específicos no interior de animais vivos. A técnica utiliza som para localização e já foi usada para imprimir cápsulas de polímero para administração seletiva de fármacos , bem como polímeros com propriedades adesivas para selar feridas internas. A equipe chama a nova técnica de plataforma de impressão sonora in vivo em tecidos profundos (DISP).
Anteriormente, cientistas utilizaram luz infravermelha para desencadear a polimerização, a ligação das unidades básicas, ou monômeros, de polímeros em animais vivos. “Mas a penetração do infravermelho é muito limitada. Ela atinge apenas a parte inferior da pele”, disse Wei Gao, professor de engenharia médica no Caltech e pesquisador do Heritage Medical Research Institute. “Nossa nova técnica alcança o tecido profundo e pode imprimir uma variedade de materiais para uma ampla gama de aplicações, mantendo excelente biocompatibilidade.”
Gao e seus colegas relatam sua nova técnica de impressão 3D in vivo na revista Science. Além de géis e polímeros bioadesivos para administração de fármacos e células, o artigo também descreve o uso da técnica para imprimir hidrogéis bioelétricos, polímeros com materiais condutores incorporados para uso no monitoramento interno de sinais vitais fisiológicos, como em eletrocardiogramas (ECGs). O principal autor do estudo é Elham Davoodi, professor assistente de engenharia mecânica na Universidade de Utah, que concluiu o trabalho enquanto bolsista de pós-doutorado no Caltech.
Desejando descobrir uma maneira de realizar a impressão in vivo em tecidos profundos, Gao e seus colegas recorreram ao ultrassom, uma plataforma amplamente utilizada na biomedicina para penetração em tecidos profundos. Mas eles precisavam de uma maneira de desencadear a reticulação, ou ligação de monômeros, em um local específico e somente quando desejado.
Eles desenvolveram uma abordagem inovadora: combinar ultrassom com lipossomas sensíveis a baixas temperaturas. Esses lipossomas, vesículas esféricas semelhantes a células com camadas protetoras de gordura, são frequentemente utilizados para administração de fármacos. No novo trabalho, os cientistas carregaram os lipossomas com um agente de reticulação e os incorporaram em uma solução polimérica contendo os monômeros do polímero que desejavam imprimir, um agente de contraste para imagens que revelaria quando a reticulação havia ocorrido e a carga que esperavam administrar – um fármaco terapêutico, por exemplo. Componentes adicionais podem ser incluídos, como células e materiais condutores, como nanotubos de carbono ou prata. A biotinta composta foi então injetada diretamente no corpo.
As partículas de lipossomas são sensíveis a baixas temperaturas, o que significa que, ao usar ultrassom focalizado para aumentar a temperatura de uma pequena região alvo em cerca de 5 graus Celsius, os cientistas podem desencadear a liberação de sua carga útil e iniciar a impressão de polímeros.
“Aumentar a temperatura em alguns graus Celsius é suficiente para que a partícula do lipossomo libere nossos agentes de reticulação”, disse Gao. “Onde os agentes são liberados, é onde ocorrerá a polimerização ou impressão localizada.”
A equipe utiliza vesículas gasosas derivadas de bactérias como agente de contraste para imagens. As vesículas, cápsulas de proteína cheias de ar, aparecem intensamente em imagens de ultrassom e são sensíveis às mudanças químicas que ocorrem quando a solução de monômero líquido se reticula para formar uma rede de gel. As vesículas alteram o contraste, detectado por imagens de ultrassom, quando a transformação ocorre, permitindo aos cientistas identificar facilmente quando e precisamente onde ocorreu a reticulação da polimerização – permitindo-lhes personalizar os padrões impressos em animais vivos.
Quando a equipe usou a plataforma DISP para imprimir polímeros carregados com doxorrubicina, um medicamento quimioterápico, perto de um tumor de bexiga em camundongos, eles descobriram uma taxa de morte de células tumorais substancialmente maior por vários dias em comparação aos animais que receberam o medicamento por meio de injeção direta de soluções medicamentosas.
“Já demonstramos em um pequeno animal que podemos imprimir hidrogéis contendo fármacos para tratamento de tumores”, disse Gao. “Nosso próximo passo é tentar imprimir em um modelo animal maior e, esperançosamente, em um futuro próximo, poderemos avaliar isso em humanos.”
A equipe também acredita que o aprendizado de máquina pode aprimorar a capacidade da plataforma DISP de localizar e aplicar ultrassom focalizado com precisão. “No futuro, com a ajuda da IA, gostaríamos de ser capazes de acionar de forma autônoma uma impressão de alta precisão dentro de um órgão em movimento, como um coração batendo”, disse Gao. Para saber mais acesse o site.
