Biochips agora criam tecidos totalmente biológicos

A inovação mereceu a capa da revista Science Advances.[Imagem: Daniel Shiwarski]

Bioengenharia de tecidos

Usar uma impressora 3D para criar modelos de tecidos orgânicos que funcionam como órgãos vivos pode parecer ficção científica - mas na verdade já estamos bem perto disso.

Daniel Shiwarski e colegas da Universidade de Pittsburgh (EUA) fizeram uma inovação crucial nos tradicionais biochips, microlaboratórios do tamanho de chips que estão sendo utilizados em pesquisas científicas e começam a ocupar espaço nos tratamentos de saúde. Mas seu potencial é muito maior, com previsões de que eles se tornem tanto a plataforma de desenvolvimento de órgãos artificiais, quanto a base para o desenvolvimento da medicina personalizada.

A impressão 3D, ou manufatura aditiva, bem como a engenharia de tecidos, têm sido usadas para criar tecidos funcionais, órgãos artificiais e também para modelar doenças, do diabetes e da hipertensão até o câncer. O método mais comum para o estudo dessas doenças in vitro consiste na microfluídica, onde pequenos canais em um pequeno chip simulam o comportamento dos vasos sanguíneos ou das células. Esses modelos são normalmente feitos de silicone e, embora úteis, sua natureza sintética ainda não é ideal, impedindo-os de atingir todo o seu potencial - até agora.

Para resolver essa limitação, a equipe projetou andaimes que imitam as estruturas naturais do corpo, orientando as células sobre como crescer, interagir e formar tecidos. E esses andaimes são construídos também com uma impressora 3D, só que usando um material biológico.

"Dispositivos microfluídicos nos ajudam a estudar o comportamento celular, mas são inerentemente limitados," disse Shiwarski. "Nossos suportes à base de colágeno mudam isso. Como as células se desenvolvem naturalmente em colágeno, podemos imprimir não apenas a rede estrutural, mas também incorporar células diretamente nesse ambiente, permitindo que elas cresçam, interajam e formem tecidos."

Esquema e imagens do uso real do biochip para cultivar tecidos vivos.
[Imagem: Daniel J. Shiwarski et al. - 10.1126/sciadv.adu5905]

Ciência aberta e gratuita

Diferentemente dos dispositivos microfluídicos tradicionalmente sintéticos, essas estruturas impressas foram construídas inteiramente de colágeno, permitindo que as células interajam com o próprio modelo, crescendo e se auto-organizando em tecidos funcionais dentro dele. A equipe demonstrou isso combinando o colágeno com células vasculares e pancreáticas, estimulando a secreção de insulina em resposta à glicose, o que imitou a função fisiológica natural.

"Estamos pegando tudo o que funciona bem em microfluídica - como controlar o fluxo de fluidos e configurar redes vasculares - e combinando com biomateriais naturais e a programação inata das células," disse Shiwarski. "Se colocarmos as células em um ambiente que imite seu entorno natural, elas saberão exatamente o que fazer. Estamos recriando o ambiente certo para elas e permitindo que façam seu trabalho, permitindo que se adaptem, evoluam e construam tecidos funcionais ao longo do tempo."

A equipe está disponibilizando gratuitamente para outros cientistas todos os modelos e projetos, de modo a disseminar o uso da tecnologia.

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