De acordo com a Penn State, uma equipe de pesquisadores desenvolveu uma nova técnica de bioimpressão que usa esferoides – aglomerados de células – para criar tecidos complexos. Esta nova técnica melhora a precisão e a escalabilidade da fabricação de tecidos – produzindo tecidos 10x mais rápido do que os métodos existentes – e expande as oportunidades de desenvolver tecidos e órgãos funcionais e progredir na medicina regenerativa. As descobertas foram publicadas na Nature Communications.
“Esta técnica é um avanço significativo na bioimpressão rápida de esferoides”, disse Ibrahim T. Ozbolat, Dorothy Foehr Huck e J. Lloyd Huck Chair em Bioimpressão 3D e Medicina Regenerativa e professor de ciência da engenharia e mecânica, de engenharia biomédica e de neurocirurgia na Penn State. “Ela permite a bioimpressão de tecidos de uma maneira de alto rendimento a uma velocidade muito mais rápida do que as técnicas existentes com alta viabilidade celular.”
A bioimpressão permite que pesquisadores construam estruturas 3D a partir de células vivas e outros biomateriais. Células vivas são encapsuladas em um substrato como um hidrogel para fazer uma biotinta, que é então impressa em camadas usando uma impressora especializada. Essas células crescem e proliferam – eventualmente amadurecendo em tecido 3D ao longo de várias semanas. Ozbolat explicou que é como construir uma parede de tijolos onde as células são os tijolos e a biotinta é o cimento ou argamassa.
No entanto, é difícil atingir a mesma densidade celular encontrada no corpo humano com essa abordagem padrão. Essa densidade celular é essencial para o desenvolvimento de tecido que seja funcional e possa ser usado em um ambiente clínico. Os esferoides, por outro lado, oferecem uma alternativa promissora para a bioimpressão de tecidos porque têm uma densidade celular semelhante ao tecido humano.
Embora a impressão 3D de esferoides ofereça uma solução viável para produzir a densidade necessária, os pesquisadores têm sido limitados pela falta de técnicas escaláveis. Os métodos de bioimpressão existentes frequentemente danificam as delicadas estruturas celulares durante o processo de impressão – matando algumas das células. Outras tecnologias são incômodas e não oferecem controle preciso do movimento e posicionamento dos esferoides necessários para criar réplicas de tecido humano, ou os processos são lentos.
Em pesquisa publicada anteriormente, Ozbolat e seus colegas desenvolveram um sistema de bioimpressão assistida por aspiração. Usando uma ponta de pipeta, os pesquisadores puderam pegar pequenas bolas de células e colocá-las precisamente onde elas se automontam e criam um tecido sólido. No entanto, como a técnica envolve mover esferoides um de cada vez, pode levar dias para construir uma estrutura de um centímetro cúbico.
Para abordar essas questões, a equipe desenvolveu uma nova técnica chamada High-throughput Integrated Tissue Fabrication System for Bioprinting (HITS-Bio). O HITS-Bio usa um conjunto de bicos controlados digitalmente – um arranjo de vários bicos – que se move em três dimensões e permite que os pesquisadores manipulem vários esferoides ao mesmo tempo. A equipe organizou os bicos em um conjunto de quatro por quatro, que pode pegar 16 esferoides simultaneamente e colocá-los em um substrato de biotinta de forma rápida e precisa. O conjunto de bicos também pode pegar esferoides em padrões personalizados, que podem então ser repetidos para criar a arquitetura encontrada em tecidos complexos.
“Podemos então construir estruturas escaláveis muito rápido”, disse Ozbolat. “É 10 vezes mais rápido do que as técnicas existentes e mantém mais de 90% de alta viabilidade celular.”
Para testar a plataforma, a equipe começou a fabricar tecido de cartilagem. Eles criaram uma estrutura de um centímetro cúbico, contendo aproximadamente 600 esferoides feitos de células capazes de formar cartilagem. O processo levou menos de 40 minutos – uma taxa altamente eficiente que supera a capacidade das tecnologias de bioimpressão existentes.
A equipe então mostrou que a técnica de bioimpressão pode ser usada para reparo de tecido sob demanda em um ambiente cirúrgico em um modelo de rato. Eles imprimiram esferoides diretamente em um local de ferida no crânio durante a cirurgia, que foi a primeira vez que esferoides foram impressos intraoperatoriamente. Os pesquisadores programaram os esferoides para se transformarem em osso usando a tecnologia de microRNA. O microRNA ajuda a controlar a expressão genética nas células, incluindo como as células se diferenciam em tipos específicos.
“Como administramos as células em altas dosagens com essa técnica, isso realmente acelerou o reparo ósseo”, disse Ozbolat. A ferida estava 91% curada após três semanas, e 96% curada após seis semanas.
A técnica HITS-Bio oferece uma oportunidade de criar tecidos complexos e funcionais de forma escalável. Expandir o número de bicos pode levar à produção de tecidos maiores e mais intrincados, como órgãos e tecidos de órgãos como o fígado.
Ozbolat disse que a equipe também está trabalhando em técnicas para incorporar vasos sanguíneos no tecido fabricado – uma etapa necessária para produzir mais tipos de tecidos que podem ser usados clinicamente ou para transplante. Isso não foi um problema com as duas aplicações demonstradas neste estudo porque a cartilagem não tem vasos sanguíneos e, em um ambiente cirúrgico, os vasos sanguíneos circundantes podem ajudar com o fluxo sanguíneo para o tecido ósseo bioimpresso. Para ler a matéria completa acesse o site.
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