O uso de modelos de tecidos 3D tem possibilitado não só na elaboração de novas abordagens terapêuticas para melhorar a qualidade de vida de muitos pacientes, como já discutido em artigos anteriores em relação às células mesenquimais utilizadas por exemplo, para o tratamento de lesões teciduais, mas também, contribuir para a pesquisa científica aliada à sustentabilidade, reduzindo o uso de animais de experimentação. [1]
Por que utilizar culturas 3D em vez de culturas 2D?
As células cultivadas em ambientes tridimensionais conseguem manter suas diferenças comportamentais, apresentam morfologias mais próximas ao do tecido humano in vivo e possuem melhores perfis de expressão quando comparadas às células cultivadas em sistemas de monocamadas em estruturas bidimensionais. [2] [3]
Muitos modelos 3D podem ser produzidos por meio da tecnologia chamada de bioprinting (bioimpressão), que corresponde a uma área da engenharia tecidual capaz de projetar e fabricar estruturas complexas a partir do posicionamento preciso de células vivas, biomateriais e biomoléculas em um espaço predefinido. Isto é, permite reconstruir modelos complexos de tecidos e órgãos de forma a constituir uma estrutura tridimensional, utilizando a microarquitetura 3D e scaffolds para a proliferação e diferenciação celular. [1]
Uso de modelos 3D como um método alternativo ao uso de animais na pesquisa
Apesar da semelhança fisiológica dos animais com o organismo humano, muitos métodos alternativos estão cada vez mais sendo implementados e utilizados na ciência moderna para contribuir com o avanço da pesquisa científica, fundamentados no princípio dos 3R’s (replacement, reduce e refinement), substituindo o uso de animais, ou sempre que possível reduzindo o número utilizado, ou ainda, refinando os processos metodológicos com o objetivo de diminuir a dor ou o desconforto sofrido pelos animais durante os ensaios. [4]
Desde 2004, com a publicação da Regulamentação Europeia em relação aos produtos cosméticos proibindo o uso de animais de experimentação para o desenvolvimento desses produtos, tem se tornado um desafio para as empresas da área desenvolver produtos seguros e eficazes, que sejam mais atraentes aos consumidores, sem o uso de animais para realização dos ensaios convencionais de avaliação da segurança dos produtos químicos. [1] [5]
É nesse contexto que começam a ser desenvolvidos os modelos 3D de pele reconstituída, que simulam diversos parâmetros da pele humana, tornando-se ferramentas úteis e eficazes para os estudos científicos, significando um grande avanço para o setor, a sociedade e o meio ambiente. [5]
Modelos de pele tridimensionais constituem estruturas mais complexas e representam mais fielmente os aspectos organizacionais da pele humana, pois seu desenvolvimento e cultivo das células, além de ser realizado em um ambiente tridimensional, assim como a pele humana in vivo, tem capacidade proliferativa, expressa diferentes receptores, realiza síntese de matriz extracelular e apresenta diversas funções metabólicas. [6]
Estruturas dos modelos de pele in vitro
Os primeiros modelos de pele in vitro continham queratinócitos humanos provenientes de cultura celular primária, na qual se proliferavam e diferenciavam na derme profunda. Aprimorando o modelo, desenvolveu-se o cultivo dos queratinócitos de cultura primária (extraídos de biópsia de pele humana) em uma membrada de suporte, possibilitando a proliferação e diferenciação na epiderme humana reconstituída. [6] [7]
Nos dias de hoje, existem modelos que apresentam a espessura total da pele, com matrizes de colágeno contendo fibroblastos, representando a derme, e uma justaposição epidérmica composta por queratinócitos, que corresponde a epiderme. [6] [8]
Quais as aplicações dos modelos de pele humana reconstituída?
A aplicação dos modelos de pele humana reconstituída é muito abrangente e inclui as áreas farmacêutica, química, cosmética, toxicológica, e muitas outras. [9]
Os modelos de pele 3D reconstituídos, que contêm tanto a epiderme, quanto a derme, são comercializados e podem ser aplicados em diferentes estudos, como de interação célula-célula; proliferação e diferenciação celular; desenvolvimento de formulações farmacológicas e cosméticas, incluindo ensaios para prever corrosão, irritação e permeação cutânea, genotoxicidade e fototoxicidade da pele; avaliação do fotoenvelhecimento e do câncer de pele. [6] [7] [9]
Atualmente, com o constante avanço da tecnologia, modelos de pele in vitro vêm sendo aperfeiçoados, associando diferentes tipos celulares, além dos queratinócitos e fibroblastos, melanócitos e precursores das células de Langerhans, permitindo assim, que as diferentes funções da pele sejam mimetizadas, possibilitando novos caminhos para a pesquisa. [6] [8]
Existem ainda algumas limitações que fazem com que os modelos de pele in vitro tridimensionais sejam inferiores à pele humana in vivo, devido à ausência de vascularização e de células do sistema imunológico, e ausência de formação de folículos pilosos, glândulas sebáceas e sudoríparas. Mesmo assim, esses modelos são superiores aos modelos em monocamada bidimensionais. [6] [8]
A In Situ é uma startup de base tecnológica da área da saúde, que utiliza a terapia celular como ferramenta para a criação de produtos inovadores com foco na cicatrização de tecidos.
REFERÊNCIAS
[1]. MATOZINHOS, I. P. et al. Impressão 3D: Inovações no campo da medicina. Revista Interdisciplinar Ciências Médicas, v. 1, n. 1, p. 143-162, 2017. [2]. TAVARES, R. S. N. Avaliação da toxicidade e eficácia de ingredientes de uso tópico por métodos alternativos in vitro: culturas 2D, 3D e microfluídica de órgãos-em-chip. 2020. Tese de Doutorado. Universidade de São Paulo. [3]. BIRGERSDOTTER, A.; SANDBERG, R.; ERNBERG, I. Gene expression perturbation in vitro—a growing case for three-dimensional (3D) culture systems. In: Seminars in cancer biology. Academic Press, p. 405-412, 2005. [4]. BRASIL. Atos do Poder Legislativo. Lei nº 11.794, de 8 de outubro de 2008. Estabelece procedimentos para o uso científico de animais. Diário Oficial da União, Brasília, 9 de out. de 2008. [5]. SILVEIRA, J. E. P. S.; LUCENA, K. W. E.; SÁ-ROCHA, V. M. Uso de modelo in vitro de pele reconstituída para desenvolvimento e screening de produtos antiperspirantes. Cajamar, São Paulo, Brasil, 2015. [6]. BROHEM, C. A. et al. Artificial skin in perspective: Concepts and applications. Pigment Cell and Melanoma Research, v. 24, n. 1, p. 35–50, 2011. [7]. ALMEIDA, B. L. Modelo de pele humana reconstruída como plataforma para estudos de fotoenvelhecimento. 2020. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal do Amazonas. [8]. PELLEVOISIN, C.; BOUEZ, C.; COTOVIO, J. Cosmetic industry requirements regarding skin models for cosmetic testing. In: Skin Tissue Models. Academic Press, p. 3-37, 2018. [9]. SOUSA, L. B. Desenvolvimento e aplicação de modelo de pele humana reconstruída in vitro para estudos de citotoxicidade e genotoxicidade. 2018. Dissertação de Mestrado. Universidade Federal do Amazonas.
