Cientistas desenvolveram sistema que imprime tecidos ósseos, músculos e orelhas

Cientistas desenvolveram uma impressora 3D capaz de gerar tecidos de substituição fortes o suficiente para serem usados em transplantes. Para mostrar o poder da tecnologia, cientistas imprimiram ossos de mandíbula, estruturas de cartilagem e o ouvido humano.

Após quase dez nos de desenvolvimento, um equipe de pesquisa liderada por Anthony Atala, do Instituto de Medicina Regenerativa Wake Forest, revelou o Sistema de Impressão de Órgãos e Tecidos (ITOP, da sigla em inglês). Uma vez provado que o sistema é seguro em humanos, essas estruturas 3D poderiam ser usadas para substituir tecidos danificados. Por serem desenvolvidas no computador, essas “peças de reposição” serão feitas conforme a necessidade de cada paciente. Os detalhes desta descoberta foram publicadas na Nature Biotechnology.

Essas impressoras de material biológico funcionam da mesma forma que as convencionais 3D, ao produzir objetos camada a camada. A diferença é que as comuns usam plásticos, resinas e metais, enquanto as outras utilizam materiais biológicos parecidos com o de tecidos humanos.

As impressoras de materiais biológicos disponíveis atualmente não conseguem fabricar tecidos de tamanho ou resistência adequados. Os produtos costumam ser fracos e estruturalmente instáveis para um transplante cirúrgico. Elas também não conseguem imprimir estruturas mais delicadas como vasos sanguíneos. Sem esses vasos feitos de forma adequada, as células não podem ser abastecidas com nutrientes críticos e oxigênio.

“As células não sobrevivem sem um vaso sanguíneo menor que 200 microns [0,02 milímetro], o que é extremamente pequeno”, disse Atala ao Gizmodo. “Esta é a distância máxima. E não é apenas para impressão, é a natureza.” Ele disse que este fator limitante foi o que fez da impressão de materiais biológicos uma proposição tecnológica tão desafiadora.

Este novo sistema de impressão de materiais biológicos supera cada um desses problemas. Materiais biodegradáveis que parecem com plástico são usados para moldar a forma do tecido, e um gel com base de água é responsável por fazer parte da estrutura da célula (os géis não são tóxicos às células). Uma estrutura temporária externa ajuda a manter o formato do objeto durante o processo de impressão. Para corrigir a questão do limite de tamanho, os pesquisadores inseriram microcanais que permitem o transporte de células para qualquer local da estrutura.

“Nós, basicamente, recriamos o tubo capilar, criando microcanais que funcionam como se fossem capilares sanguíneos”, disse Atala.

Para testar os órgãos feitos na impressora 3D de material biológico, os pesquisadores fizeram uma série de experimentos com animais vivos. Orelhas do tamanho das de humanos foram implantadas sob a pele de ratos. Após dois meses, as orelhas continuaram com o mesmo formato, e foram formados os tecidos da cartilagem e vasos sanguíneos. Tecidos musculares impressos foram implantados em ratos e, como as orelhas nos ratos, tiveram suas estruturas mantidas.

Células-tronco foram usadas para criar fragmentos de ossos da mandíbula, que foram transplantadas em ratos. Após cinco meses, as estruturas formaram tecidos ósseos vascularizados. No futuro, ossos feitos em impressoras 3D poderão ser usados para a reconstrução facial de humanos.

Vascularização de uma orelha feita em impressora 3D após três meses. Crédito: Wake Forest Institute for Regenerative Medicine/Nature Biology

Imagens fluorescentes mostram a organização de músculos feitos em impressora 3D em um período de três dias. Crédito: Wake Forest Institute for Regenerative Medicine/Nature Biology

Atala disse que os tecidos feitos pela sua equipe parecem ter o tamanho e resistência ideais para o uso em humanos. O sistema criado pelos pesquisadores pode gerar tecidos com estruturas estáveis de qualquer formato, e as partes podem ser modeladas no computador, seguindo precisas necessidades físicas de um paciente.

Uma vez provadas que as estruturas são seguras e efetivas, os pesquisadores podem começar a pensar em testes em humanos. “Nós ainda estamos verificando a segurança”, disse Atala. “Ainda vai levar um tempo — temos ainda de fazer um monte de testes.”

[Nature Biotechnology]