CORAÇÃO IMPRESSO EM 3D
Um dos campos de pesquisa que mais se beneficiaram da impressão 3D foi a biotecnologia, com a chamada bioimpressão - em que as tintas contêm células vivas - ajudando a descobrir até mesmo novas terapêuticas para doenças cardíacas.
Mas ainda são necessárias melhorias técnicas para nos aproximarmos dos objetivos mais amplos, como fabricar tecidos implantáveis que possam curar ou substituir estruturas defeituosas ou doentes no corpo humano.
Detalhes do ventrículo funcional criado pela equipe e esquema da fabricação da biotinta.
[Imagem: Suji Choi et al. - 10.1038/s41563-023-01611-3]
Agora, pesquisadores da Universidade de Harvard, nos EUA, deram um passo nesse sentido desenvolvendo uma nova tinta de hidrogel infundida com fibras de gelatina que permitiu a impressão 3D de um ventrículo cardíaco funcional, que imita o batimento de um coração humano.
A tinta de gel com infusão de fibra (GIF) flui facilmente pelo bico de impressão, mas mantém o formato 3D da estrutura que é impressa - é comum que as estruturas impressas com biotintas desabem após a impressão.
"Por causa dessas propriedades, descobri que é possível imprimir uma estrutura semelhante a um ventrículo e outras formas 3D complexas sem usar materiais de suporte extras ou andaimes," disse a pesquisadora Suji Choi.
Mais do que isso, a técnica permitiu que as células do músculo cardíaco impressas na forma de um ventrículo se alinhassem e batessem coordenadamente, como uma câmara cardíaca humana real. Basta tirar a pequena "peça" da impressora e aplicar-lhe eletricidade que ela começa a pulsar de verdade.
Até agora, ninguém havia conseguido usar a impressão 3D para fazer o alinhamento adequado dos cardiomiócitos, as células responsáveis pela transmissão dos sinais elétricos de maneira coordenada, o que é necessário para o músculo cardíaco contrair.
Músculo cardíaco impresso em 3D bate de verdade
O pequeno ventrículo bate e bombeia de verdade.
[Imagem: Suji Choi et al. - 10.1038/s41563-023-01611-3]
BIOTINTA COM INFUSÃO DE FIBRA
Choi começou produzindo uma folha com o material biológico, com aparência semelhante ao algodão. Em seguida, ela usou sonificação - ondas sonoras - para quebrar essa folha em fibras de cerca de 80 a 100 micrômetros de comprimento e cerca de 5 a 10 micrômetros de diâmetro. Finalmente, ela dispersou essas fibras em uma tinta de hidrogel.
À medida que a biotinta é usada para imprimir estruturas 2D e 3D, os cardiomiócitos se alinham com a direção das fibras dentro da tinta. Assim, controlando a direção da impressão é possível controlar como as células do músculo cardíaco se alinham.
Basta então aplicar estimulação elétrica ao objeto impresso para disparar uma onda coordenada de contrações, alinhada com a direção das fibras. Na estrutura em forma de ventrículo, bastante miniaturizada em relação a um coração humano, a câmara realmente bombeia de maneira semelhante aos ventrículos cardíacos reais.
A equipe agora está trabalhando para construir tecidos cardíacos mais realistas, com paredes musculares mais espessas, que possam bombear fluidos com mais força. Apesar de não ser tão forte quanto o tecido cardíaco real, o ventrículo impresso em 3D pode bombear 5 a 20 vezes mais volume de fluido do que as câmaras cardíacas impressas em 3D anteriores.
FIAÇÃO DE JATO ROTATIVO
Para criar a tinta GIF, Choi aproveitou uma técnica de fiação de jato rotativo desenvolvida anteriormente pela equipe, que fabrica materiais de microfibra usando uma abordagem semelhante ao funcionamento das máquinas de algodão doce.
"A vantagem de produzir as fibras com fiação de jato rotativo em vez de eletrofiação [o método mais usado para gerar fibras ultrafinas] é que podemos usar proteínas que de outra forma seriam degradadas pelos campos elétricos na eletrofiação," disse o professor Kevin Parker.
Bibliografia:
Artigo: Fibre-infused gel scaffolds guide cardiomyocyte alignment in 3D-printed ventricles
Autores: Suji Choi, Keel Yong Lee, Sean L. Kim, Luke A. MacQueen, Huibin Chang, John F. Zimmerman, Qianru Jin, Michael M. Peters, Herdeline Ann M. Ardoña, Xujie Liu, Ann-Caroline Heiler, Rudy Gabardi, Collin Richardson, William T. Pu, Andreas R. Bausch, Kevin Kit Parker
Revista: Nature Materials
Vol.: 22, pages 1039-1046
DOI: 10.1038/s41563-023-01611-3
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