Já pensou como seria o mundo sem a descoberta da impressão? Mesmo com os avanços tecnológicos, a impressão ainda é fundamental em diversos aspectos do nosso dia-a-dia. A impressão 2D foi descoberta por “Johann Gutenberg no século XV”, entretanto, não é sobre a impressão 2D que falaremos nesse artigo, e sim sobre a bioimpressão 3D.
As impressoras 3D tiveram seu início no ano de 1984 através de seu criador Charles Hull. A tecnologia de impressão 3D ganhou destaque na indústria por contribuir para a produção de materiais não biológicos em diversos setores, como automobilístico, aviação, odontológico, moda, saúde, entre outros.
O sucesso da impressão 3D no setor da saúde possibilitou a idealização de impressão de materiais biológicos, o que passou a ser chamado “Bioimpressão 3D”. Essa é uma técnica digna de um enredo de Hollywood em termos de revolução científica e promete acabar com as filas de transplantes de órgãos.
Mas o que é a bioimpressão 3D?
A bioimpressão 3D é a utilização de técnicas semelhantes à impressão 3D convencionais, mas que possui a finalidade de integrar células, fatores de crescimento e/ou biomateriais. Esse processo permite a fabricação de peças biomédicas que possuem o objetivo de imitar as características naturais de um determinado tecido ou órgão.
A grande vantagem desse tipo de tecnologia é a possibilidade de sanar falhas das tecnologias mais antigas que não conseguem produzir tecidos totalmente funcionais. Além disso, a bioimpressão 3D é vista como uma técnica promissora pela sua alta precisão na reconstrução de tecidos e órgãos, controle de posicionamento da peça em produção e produção em larga escala, o que poderia desafogar as filas para transplantes, por exemplo.
A técnica de impressão 3D pode favorecer também o setor farmacêutico, com a produção de modelos experimentais in vitro a partir de células animais para o estudo e formulação de fármacos. Outro setor que pode ser impactado positivamente pela técnica é o setor alimentício, por meio da produção de carnes sem a necessidade animal.
Como é realizada a bioimpressão 3D de órgão e tecidos?
Há diversas técnicas de bioimpressão, como a bioimpressão por microextrusão, a jato de biotinta, assistida por laser (LAB) ou baseada em estereolitografia.
Apesar de haver diferenças entre cada técnica, existe um componente-chave entre elas: a biotinta (bioink). A biotinta é composta de células e outros materiais bioativos (como fatores de crescimento), e pode ser comparada à tinta de uma impressora convencional. O desenvolvimento da biotinta ainda é um desafio para os pesquisadores, pois deve atender a requisitos do material biológico, como proliferação, diferenciação, migração e maturação celular. Dentre as possibilidades disponíveis, os hidrogéis são os materiais mais utilizados para o desenvolvimento dessas biotintas, especialmente pela sua biocompatibilidade e baixa toxicidade. Estes hidrogéis funcionam como um suporte para as células-tronco, propiciando o seu crescimento e diferenciação.
O processo de bioimpressão começa pela modelagem do tecido ou órgão alvo a partir do imageamento computadorizado do tecido do paciente. Com esse referencial, é feita a construção de um modelo 3D em um software. Esse modelo possui todas as informações estruturais necessárias para a impressão. A partir disso, começa o processo, onde o órgão ou tecido é construído camada a camada por meio do crescimento e diferenciação das células-tronco presentes no hidrogel.
A bioimpressão 3D ainda está em desenvolvimento!
A tecnologia de bioimpressão 3D para uso em transplantes ainda está em desenvolvimento. Estudos científicos estão sendo realizados e, ao que tudo indica, o processo se encontra em fase intermediária, em que há a criação de tecidos, mas ainda sem a efetividade de um órgão funcional.
Um dos principais desafios para que a técnica seja efetiva é a criação de uma rede vascular nesse tecido ou órgão. Por isso, quanto menos complexo o órgão, mas fácil é sua execução em uma impressora 3D. Ainda não é possível realizar a bioimpressão de um coração funcional, por exemplo, mas tecidos como a pele, cartilagens, artérias e veias podem ser reproduzidos por meio desta técnica. Existem exemplos de avanços na criação de tecidos cartilaginosos, como a orelha. Nesse caso, a cartilagem impressa foi utilizada para a reconstrução em pacientes com malformação congênita do ouvido externo, obtendo resultados estéticos significativos.
Na indústria farmacêutica, o principal interesse em utilizar a bioimpressão 3D, relaciona-se com a triagem de fármacos e sua toxicidade. Sabe-se que modelos tradicionais in vitro, produzem poucas respostas ao que ocorre de fato em um organismo vivo e funcional, devido à complexidade do ser humano. Nesse sentido, a bioimpressão de estruturas que captem interações célula-célula e célula-matriz, como em mini órgãos, pode ser um caminho promissor para a farmacologia.
Cada vez mais a ciência se aproxima de descobertas que pareciam acontecer somente em nossa imaginação ou em um filme de ficção cientifica. A bioimpressão 3D é um desses casos. Com o avanço da tecnologia de Engenharia e Biologia, no futuro será possível a impressão de órgãos transplantáveis em alta escala e com grau de funcionalidade adequado.
O Brasil é pioneiro neste tipo de tecnologia e hoje, existem grupos de pesquisa em universidades brasileiras e startups dedicando exaustivos esforços para tornar cada vez mais viável a bioimpressão de órgãos e tecidos. Fantástico, não é mesmo?!
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Referências:
Dey, M., Ozbolat, I.T. (2020). 3D bioprinting of cells, tissues and organs. Sci Rep. de Melo, B. A., Cruz, E. M., Ribeiro, T. N., Mundim, M. V., & Porcionatto, M. A. (2021). 3D Bioprinting of Murine Cortical Astrocytes for Engineering Neural-Like Tissue. Journal of Visualized Experiments: Jove.
Ramadan Q, Zourob M. (2021). 3D Bioprinting at the Frontier of Regenerative Medicine, Pharmaceutical, and Food Industries. Front Med Technol.
