A nova tecnologia de impressão 3D nos aproxima da criação de um coração artificial

Uma equipe de pesquisadores da Carnegie Mellon University publicou um artigo na revista Science, que descreve em detalhes a técnica desenvolvida por eles, que permite criar um arcabouço tridimensional para bioimpressão a partir do colágeno, a principal proteína estrutural do corpo humano. A nova tecnologia aproxima a ciência da impressão 3D de um coração adulto de tamanho normal.

Pesquisadores da Universidade Carnegie Mellon, utilizando tecnologia FRESH, conseguiram imprimir componentes cardíacos totalmente funcionais a partir de células vivas e de colágeno

A tecnologia FRESH (incorporação reversível de forma livre de hidrogéis suspensos – integração reversível de hidrogéis suspensos em forma livre) permitiu aos pesquisadores superar muitos dos problemas associados aos métodos existentes de bioimpressão tridimensional, e alcançar resolução e precisão sem precedentes usando materiais leves e vivos.
Cada um dos órgãos do corpo humano, incluindo o coração, consiste em células especializadas que são mantidas juntas por um suporte biológico chamado matriz extracelular (MEC). A matriz extracelular é uma estrutura proteica que mantém a forma dos órgãos e fornece a função dos sinais bioquímicos necessários para que as células funcionem normalmente. Até agora, a criação e reestruturação do ECM tem sido um dos principais obstáculos à impressão 3D de órgãos humanos em pleno funcionamento.
“Nós demonstramos que podemos imprimir partes do coração humano a partir de células e colágeno que realmente funcionam, como a válvula cardíaca ou ventrículo”, diz Adam Feinberg, professor de engenharia biomédica e ciência dos materiais na Universidade Carnegie Mellon. “Usando dados de ressonância magnética do coração humano, conseguimos reproduzir com precisão a estrutura anatômica específica do paciente e imprimi-la usando células vivas e de colágeno.”
Mais de 4.000 pacientes nos Estados Unidos estão esperando na fila por um transplante de coração, enquanto milhões de outras pessoas em todo o mundo precisam de um transplante de coração, mas não têm essa capacidade em princípio. A necessidade de órgãos de doadores é enorme, e a medicina precisa urgentemente de uma nova abordagem para criar órgãos ou partes artificiais para satisfazer essa necessidade, salvando milhões de vidas. Feinberg e sua equipe, como parte da Iniciativa de Bioengenharia de Órgãos Humanos da Universidade Carnegie Melon, estão trabalhando para resolver esse problema usando uma nova geração de biotecnologias que podem reproduzir com mais precisão as estruturas naturais dos órgãos humanos.

FRESH permite que você imprima estruturas de colágeno dentro de um gel especial que define a forma desejada até que o colágeno endureça, após o qual o gel pode ser facilmente removido com um pouco de calor

“O colágeno é um biomaterial essencial para a impressão 3D porque é encontrado em praticamente todos os tecidos do corpo”, explica Andrew Hudson, Ph.D. e aluno do laboratório de Feinberg, além de um dos autores do estudo. “O que torna a impressão 3D de órgãos tão difícil é que ela é feita usando substâncias fluidas, então se você tentar imprimir alguma coisa no ar, você terá uma poça na sua plataforma. Portanto, desenvolvemos uma tecnologia que impede essa deformação ”.
O método de bioimpressão FRESH 3D, desenvolvido no laboratório da Feinberg, permite aplicar o colágeno camada por camada em um recipiente com um gel especial usado para manter a estrutura, dando tempo ao colágeno para solidificar e assumir a forma necessária. FRESH permite que você derreta o gel estrutural simplesmente aumentando a temperatura do objeto impresso da temperatura ambiente para a temperatura do corpo, o que lhe permite limpar a estrutura impressa sem nenhum dano, deixando apenas células de colágeno e células vivas.
Este método é extremamente promissor para a bioimpressão 3D, porque permite imprimir estruturas de colagénio a granel à escala dos órgãos humanos. Além disso, não se limita apenas ao colágeno, permitindo o uso de fibrina, alginato e ácido hialurônico, proporcionando uma plataforma confiável e adaptável para a engenharia de tecidos. É importante notar que os pesquisadores compartilharam suas melhores práticas na forma de código-fonte aberto, de modo que quase todos, de trabalhadores de laboratório a estudantes do ensino médio, podem ter acesso a bioprinters 3D de baixo custo e alto desempenho.
Olhando para o futuro, FRESH encontrará aplicação em muitos aspectos da medicina regenerativa, desde a cicatrização de feridas até a bioengenharia de órgãos, mas esta é apenas uma das ferramentas na crescente direção da biotecnologia.
“Na verdade, estamos falando de convergência tecnológica. É importante não apenas o que meu laboratório de bioprintografia faz, mas também pesquisas de outros laboratórios e pequenas empresas em ciência de células-tronco, aprendizado de máquina e modelagem por computador, bem como novo hardware e software para bioimpressão tridimensional ”, explica Feinberg.
“Você precisa entender que ainda há muitos anos de pesquisa”, acrescenta Feinberg. “Mas ainda assim, estamos experimentando uma certa excitação, uma vez que fizemos um progresso real na impressão de tecidos funcionais e órgãos de uma pessoa, e nosso estudo é outro passo nesse caminho.”
Abaixo você pode assistir a uma apresentação em vídeo do projeto em inglês.

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