Impressora é capaz de imprimir tecidos vivos (Fonte da imagem: iStock)

As impressoras 3D evoluíram muito com os anos e hoje já são capazes de imprimir coisas incríveis, variando desde bonecos e enfeites até equipamentos industriais  ̶  demorando menos do que você pode imaginar. Porém, essas máquinas agora estão ampliando ainda mais os seus horizontes, expandindo as suas funções no campo da medicina, por exemplo.

No que diz respeito à bioimpressão, grandes avanços têm sido obtidos nos últimos anos. Como exemplos, podemos citar a criação da orelha biônica (que escuta melhor do que o ouvido humano), próteses, gessos e até mesmo órgãos internos. Inclusive, nesse quesito, há uma empresa pioneira na impressão de células vivas, chamada Organovo.

A companhia é focada no setor médico, produzindo tecido vivo para pesquisa com a sua impressora chamada NovoGen MMX Bioprinter.

Conheça a NovoGen MMX Bioprinter

O que há alguns anos poderia ser o tema para um livro de ficção científica já é realidade há algum tempo. A visão da Organovo estava em produzir uma impressora 3D capaz de providenciar tecidos vivos sob encomenda de forma a ajudar na resolução de um problema mundial, a escassez de órgãos humanos para cirurgias.

A impressora vista de cima (Fonte da imagem: Organovo)

A startup norte-americana, então, realizou parcerias com outras empresas de produtos e automação e softwares para transformar o conhecimento em produto. Assim nasceu a primeira bioimpressora 3D para tecidos vivos. A máquina é composta por dois braços robóticos que movem duas cabeças de impressão de alta precisão.

A ideia é que uma dessas cabeças seja preenchida pela “tinta” com células humanas, enquanto a outra possua hidrogel, material de sustentação ou de criação da matriz. O maior desafio durante a criação do produto foi ajustar as agulhas para que fossem capazes de despejar a tinta com a precisão de mícrons de maneira constante.

Para isso, foi montado um sistema controlado por computador de calibragem a laser, para obter a exatidão necessária repetidas vezes. Porém, enquanto a parte de engenharia envolvida no procedimento é extremamente complexa, a operação da máquina foi desenvolvida para ser simples e intuitiva, sendo necessário que o operador “desenhe” o modelo a ser construído.

Vasos sanguíneosVasos sanguíneos impressos com a NovoGen MMX Bioprinter (Fonte da imagem: Organovo)

Porém, como um primeiro passo, a bioimpressora tem como objetivo montar tecidos mais simples, como vasos sanguíneos e condutores nervosos, embora qualquer tipo de tecido ou órgão possa ser construído. Entretanto, a impressão de órgãos internos capazes de serem transplantados para um corpo humano ainda requer muita pesquisa e vários testes.

Por isso, até o momento, os produtos criados por meio dela servem especialmente para o estudo dos efeitos de novos medicamentos.

Como são os resultados

Os tecidos criados pela bioimpressão, especialmente no que diz respeito àqueles que contêm múltiplos tipos de células, podem ser utilizados em vários campos. Entre eles, podemos citar oncologia, biologia experimental e desenvolvimento de células-tronco, cardiologia e hepatologia, por exemplo.

Até o momento, a técnica desenvolvida para a impressão permite apenas criar modelos mais grossos que sejam capazes de simular aspectos-chave de tecidos vivos nativos. Além disso, eles são criados sem qualquer tipo de dependência com relação aos componentes do hidrogel ou o mecanismo de sustentação integrado.

Os tecidos possuem atividade celular altamente organizada, como apresentado nas células de canais vasculares ou junções intercelulares. Como o processo de impressão é extremamente preciso, há um controle exato do tecido e da geometria desejada. Inclusive, como eles podem ser fabricados com uma grande variedade, a necessidade de manipulação para produzir variações é reduzida.

Estudando tecidosTecidos já aplicados em estudos (Fonte da imagem: Organovo)

Os tecidos criados por meio da bioimpressão são mais responsivos e interativos do que o mecanismo de culturas 2D atual. Ademais, no ambiente na qual as células desenvolvidas são armazenadas, é possível induzir doenças para estudar o seu desenvolvimento. Da mesma forma, esse método deixa mais simples estudar a eficácia de um medicamento, o seu tempo de ação e possíveis efeitos colaterais apresentados nos órgãos humanos.

Assim, diversos tratamentos podem ser estudados em tempo real, verificando a sua viabilidade e se são seguros para a aplicação em pessoas.

Como é feita a impressão de um tecido vivo

O primeiro passo no processo de bioimpressão consiste na identificação do material-chave para a composição das células presentes no tecido-alvo. Ademais, também é necessário criar o design que será utilizado pela impressora para gerar o tecido de forma que ele seja capaz de se sustentar em ambiente de laboratório.

Concluída essa etapa inicial, o próximo passo consiste em desenvolver os protocolos necessários para criar a “bio-ink” (ou “tinta biológica”, em uma tradução livre), responsável pela construção multicelular. Eles devem possuir componentes celulares correspondentes ao tipo de tecido que será produzido.

A impressora vista de frente (Fonte da imagem: Reprodução/Sabanci University)

A impressão de um tecido representando um fígado, por exemplo, funcionaria da seguinte forma: primeiro, os engenheiros responsáveis carregam uma seringa com a bio-ink, composta por milhares de células parenquimatosas (ou seja, aquelas que possuem a função principal de um órgão) específicas de fígado.

Então, uma segunda seringa também é carregada com “tinta biológica” contendo células vivas de fígado (mas essas não são parenquimatosas) responsáveis por sustentar o crescimento celular e, em alguns casos, um hidrogel neutro. A função desse último componente é suportar os tecidos, que são construídos verticalmente para adquirirem três dimensões.

Detalhe: Placa utilizada (Fonte da imagem: Organovo)

Da mesma forma, o hidrogel também pode ser utilizado como “preenchimento”, de forma a criar canais ou espaços vazios dentro dos tecidos, para simular características reais. Em seguida, um programa presente em um computador conectado à impressora manda instruções para que um motor móvel preso ao braço robótico se mova e abaixe a cabeça responsável por bombear o conteúdo da segunda seringa.

Feita essa parte, é iniciada a impressão de um molde que tem o padrão semelhante a três hexágonos de uma colmeia. Enquanto isso, um sensor do tamanho de uma caixa de fósforos, presente ao lado da superfície de impressão faz a triangulação dos movimentos das pontas de cada uma das seringas enquanto elas se movem pelos eixos X, Y e Z.

Impressão de tecido hepáticoTecido hepático (Fonte da imagem: Organovo)

Tendo como base essa localização, o programa determina o local no qual a primeira agulha deve estar posicionada. Então, o braço robótico desce a cabeça responsável por bombear a tinta, com a primeira seringa, que preenche o conteúdo dos hexágonos criados com as células parenquimatosas.

Concluído o processo, os engenheiros removem a placa de alvéolos na qual foi realizada a impressão. Ali, estarão presentes até 24 microtecidos com 250 mícrons de espessura. Por último, a placa de alvéolos é colocada em uma incubadora, onde as células realizarão a fusão para formar o padrão referente a um tecido hepático.

Quais tecidos já foram impressos

A tecnologia NovoGen Bioprinting já é capaz de criar uma grande variedade de tecidos que representam muitos órgãos. De uma maneira geral, é possível dizer que a bioimpressão combina engenharia e biologia para atingir esse objetivo, incluindo estudos avançados do comportamento das células nativas.

Impressão de tecido ósseoTecido ósseo (Fonte da imagem: Organovo)

Por montar tecidos a partir de “blocos de construção” multicelulares e em três dimensões em vez de usar um material já pré-formado como apoio, os resultados contêm a densidade correta desde a fabricação até o uso final. Além disso, a replicação das relações celulares pode ser reproduzida da mesma forma como aconteceria no modelo biológico.

Até o momento, a companhia foi capaz de reproduzir diversos tecidos, incluindo hepáticos, ósseos e musculares esqueléticos, além de vasos sanguíneos e pequenas vias aéreas. Para cada um dos modelos foi utilizado um tipo de tinta biológica diferente, compatível com o tecido a ser reproduzido.

O que o futuro reserva

Até o momento, a impressora citada é capaz de criar apenas tecidos que simulam a experiência de lidar com determinado órgão. Por mais simples que isso possa parecer, já representa um grande avanço, oferecendo uma alternativa para o teste de novos medicamentos, além de auxiliar no estudo de doenças e soluções efetivas para o seu combate.

A ideia de criar órgãos completos, no entanto, ainda está distante, especialmente porque há muitos desafios que precisam ser vencidos. Primeiro, está o fato de os tecidos serem criados a base de células, que necessitariam de doadores, por exemplo. Além disso, há uma grande diferença entre montar um sistema interligado e células que funcionam de maneira isolada.

Da mesma maneira, também é necessário cuidar de outras questões, como o local para o desenvolvimento de tais órgãos. Isso sem contar mais uma série de protocolos e questões técnicas (e tecnológicas) que seriam necessárias para tornar o seu uso possível. Ainda assim, esse pode ser considerado um primeiro passo – e a quebra de vários paradigmas e barreiras.

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