No corpo humano, os tecidos são constituídos por células sustentadas por uma matriz extracelular (MEC), que por sua vez consiste em colágenos. Esses colágenos têm diversas funções, não apenas apoiando as células, mas também oferecendo resistência à tração e promovendo a regulação da adesão celular, quimiotaxia, migração celular e desenvolvimento direto dos tecidos. Quando se trata de bioimpressão de células, é necessária uma estrutura para sustentar as células e imitar o papel do colágeno no corpo. A gelatina – um ingrediente orgânico derivado da hidrólise do colágeno – provou ser uma opção viável, abrindo oportunidades na engenharia de tecidos e na bioimpressão.
A Rousselot, líder em soluções à base de colágeno, desenvolveu uma linha de produtos à base de gelatina, incluindo gelatinas modificadas X-Pure, que podem ser usadas para promover o crescimento celular em engenharia de tecidos e aplicações de bioimpressão. Especificamente, essas gelatinas X-Pure podem ser usadas para formar hidrogéis termo-reversíveis que podem ser impressos como uma estrutura ou transportador celular para estimular a semeadura celular, ou podem ser usados como um revestimento para melhorar o suporte celular de outro transportador biomaterial.
Da gelatina ao GelMA
Antes de mergulhar nos benefícios dos produtos de gelatina X-Pure da Rousselot, primeiro é importante entender o GelMA, um biomaterial de metacrilato de gelatina que está hoje entre os biomateriais mais comumente usados para aplicações de bioimpressão regenerativa. GelMA foi desenvolvido há pouco mais de duas décadas na Universidade de Ghent pelo Dr. An Van Den Bulcke e oferece excelente biocompatibilidade, biodegradabilidade ajustável e capacidade de reticulação.
O material foi desenvolvido como uma alternativa à gelatina pura, que, embora excelente para o crescimento celular, tem um desafio específico associado: derrete quando exposta a temperaturas na faixa de 31,7 a 34,2 °C. É claro que isto representa desafios, uma vez que as células prosperam à temperatura corporal (37°C). A adição de anidrido metacrilato à gelatina resulta em um material mais estável, pois a capacidade de reticulação permite aumentar a estabilidade do biomaterial à temperatura corporal.
No entanto, como o GelMA pode ser produzido e sintetizado em laboratórios de todo o mundo, ele é frequentemente afetado por inconsistências entre lotes. Além disso, o GelMA pode ser propenso a impurezas, como endotoxinas ou ácido metacrílico residual, que podem influenciar os resultados da pesquisa e causar problemas in vivo, como inflamação dos tecidos, sensibilidade a alérgenos e, nos piores casos, choque fatal.
X-Pure GelMA
Para resolver essas inconsistências e estabelecer maior confiabilidade (e segurança) para o versátil biomaterial, a Rousselot desenvolveu o X-Pure GelMA, um metacrilato de gelatina modificado. O produto é a primeira gelatina metacriloil do mundo feita sob condições GMP e oferece níveis de impurezas ultrabaixos, consistência lote a lote e propriedades mecânicas ajustáveis. Esta combinação de características significa que o X-Pure GelMA pode ser adequado para uma ampla gama de aplicações biomédicas, como medicina regenerativa e engenharia de tecidos.
Para usuários de bioimpressão, o X-Pure GelMA da Rousselot oferece a consistência que as células precisam para prosperar. Ele também agiliza totalmente o processo de bioimpressão, garantindo que os pesquisadores comecem seu trabalho conhecendo as propriedades exatas do biomaterial. Ou seja, embora o GelMA regular exija que os pesquisadores ajustem e otimizem as configurações da bioimpressora a cada novo lote (uma configuração que pode levar semanas), as mesmas configurações podem ser usadas para uma variação específica do X-Pure GelMA, independentemente do número do lote.
As propriedades físico-químicas do X-Pure GelMA também podem ser ajustadas através de reticulação para diferentes aplicações. Rousselot diz: “GelMA pode ser sintetizado com um grau específico de funcionalização (DoM) e peso molecular (MW) permitindo a formação de hidrogel ajustável”.
Isto significa que pode ser adaptado para biotintas de alta e baixa viscosidade. A rigidez final do hidrogel após a reticulação é controlada pelas propriedades do material, formulação da biotinta e condições de impressão, como temperatura de reticulação. A consistência do X-Pure GelMA significa que a rigidez do hidrogel pode ser prevista com base na formulação da tinta selecionada e nas condições de impressão. Isso contrasta com o GelMA feito em laboratório, onde cada lote requer experimentos de tentativa e erro para descobrir como recriar a rigidez desejada do hidrogel.
X-Pure GelDAT
Em 2021, a Rousselot lançou outro produto de gelatina purificada e modificada adequado para aplicações de bioimpressão: X-Pure GelDAT. Este biomaterial, uma gelatina desaminotirosina ultrapurificada, combina a pureza do GelMA com adesão superior aos tecidos humanos. Isto, diz Rousselot, pode “aumentar a gama de aplicações corporais que chegam à clínica”. O X-Pure GelDAT, assim como o X-Pure GelMA, também pode ser combinado com biomateriais adicionais na produção de estruturas complexas para aplicações como administração de medicamentos, engenharia de tecidos, órgãos em um chip e curativos para feridas.
No momento do lançamento do material, o Dr. Jeff Daelman, Gerente de Desenvolvimento de Negócios da Rousselot Biomedical, comentou sobre a capacidade do produto de acelerar o avanço da pesquisa para a clínica: “O grau de pesquisa do X-Pure GelDAT da Rousselot é funcionalmente equivalente ao grau GMP material, para que os pesquisadores tenham menos risco de ter que revalidar seu biomaterial antes dos ensaios clínicos. Comprometer a qualidade na investigação inicial também pode causar problemas significativos de aumento de escala e atrasos na preparação para ensaios clínicos. O X-Pure GelDAT pode ser usado em todas as fases de desenvolvimento.”
O X-Pure GelDAT está, assim como o X-Pure GelMA, disponível em uma variedade de pesos moleculares e pode ser adaptado às necessidades específicas de diferentes tipos de células. Em outras palavras, as propriedades físico-químicas das gelatinas X-Pure podem ser ajustadas para diferentes graus de rigidez, a fim de imitar a rigidez de diferentes tipos de tecido humano. Hidrogéis à base de gelatina podem ser tão rígidos quanto 200 kPa ou tão macios quanto 500 Pa ou menos. Assim, pode ser criado um ambiente que recapitula a rigidez de tecidos tão moles como o tecido cerebral e tão duros como o osso pré-calcificado (e tudo o que está entre eles).
Estudo de caso: Bioimpressão in-situ
O biomaterial X-Pure GelDAT da Rousselot está desempenhando um papel fundamental em um projeto de pesquisa inovador que está desenvolvendo uma bioimpressora que pode imprimir construções vivas diretamente no corpo para reparar tecidos danificados. Esta bioimpressora é um mundo à parte das máquinas de mesa que estamos acostumados a ver e usa robôs macios semelhantes a músculos para extrudar estruturas de biomateriais diretamente nos tecidos.
O projeto de pesquisa, da Universidade de Nova Gales do Sul em Sydney, Austrália, tem potencial para ser usado para bioimpressão 3D in-situ e cirurgia endoscópica e pode ajudar a superar os desafios existentes com a bioimpressão tradicional, como incompatibilidade de superfície e danos ou contaminação de tecidos. causado no transporte de tecidos bioimpressos antes da implantação.
A solução de bioimpressão depende de músculos artificiais macios para controlar uma cabeça de impressão, que é controlada por uma ferramenta de aprendizado de máquina para movimentos mais precisos. No estudo, o X-Pure GelDAT da Rousselot estava entre os biomateriais utilizados na impressão de um cólon artificial e na reparação de tecido em um rim de porco. O GelDAT foi considerado ideal não só pela sua biocompatibilidade, mas também pelas suas excepcionais propriedades adesivas e capacidade de reticulação com tecidos.
“Optamos por usar GelDAT neste trabalho devido à sua facilidade de extrusão e fotopolimerização, tornando-o uma excelente plataforma de biotinta para testar este novo dispositivo”, disse a Dra. Jelena Rnjak-Kovacina, Professora Associada da Scientia e ARC Future Fellow na Escola de Pós-Graduação de Engenharia Biomédica. Até agora, os resultados do trabalho são promissores: as células suspensas no biomaterial GelDAT sobreviveram aos testes de impressão e os investigadores estão esperançosos de que a sua tecnologia possa melhorar a restauração dos tecidos no futuro.
Em última análise, os biomateriais de gelatina X-Pure da Rousselot são um ingrediente chave na bioimpressão, oferecendo a consistência, a pureza e a sintonia que os cientistas precisam para desenvolver e construir ambientes para as células prosperarem. Para saber mais sobre as gelatinas acesse o site.
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