Em um grande avanço na técnica de bioimpressão 3D, células e tecidos foram criados para se comportar como em seu ambiente natural, de modo a construir estruturas biológicas "reais"
A impressão 3D é um procedimento no qual um material é adicionado e, portanto, unido ou solidificado sob o controle digital de um computador para criar um objeto ou entidade tridimensional. Prototipagem Rápida e Manufatura Aditiva são os outros termos usados para descrever esta técnica de criação de objetos ou entidades complexas por camadas de material e construção gradual - ou simplesmente um método 'aditivo'. Esta tecnologia notável já existe há três décadas depois de ser oficialmente descoberta em 1987; apenas recentemente ela ganhou destaque e ganhou popularidade não apenas como um meio de produzir protótipos, mas também como oferecer componentes funcionais completos. Esse é o potencial das possibilidades de 3D imprimindo que agora está gerando grandes inovações em muitas áreas, incluindo engenharia, manufatura e medicina.
Diferentes tipos de métodos de manufatura aditiva estão disponíveis, os quais seguem as mesmas etapas para atingir o resultado final final. Na primeira etapa crucial, o projeto é criado usando o software CAD (Computer-Aided-Design) no computador - chamado de projeto digital. Este software pode prever como ficará e como se comportará a estrutura final, portanto este primeiro passo é vital para um bom resultado. Esse projeto CAD é então convertido em um formato técnico (chamado de arquivo .stl ou linguagem de mosaico padrão), que é necessário para que a impressora 3D seja capaz de interpretar as instruções do projeto. Em seguida, a impressora 3D precisa ser configurada (semelhante a uma impressora 2D normal, doméstica ou de escritório) para a impressão real - isso inclui configurar o tamanho e a orientação, optar por impressões em paisagem ou retrato, encher os cartuchos da impressora com o pó certo . o impressora 3D em seguida, inicia o processo de impressão, construindo gradualmente o design, uma camada microscópica do material por vez. Esta camada tem normalmente cerca de 0.1 mm de espessura, embora possa ser personalizada para se adequar a um determinado objeto a ser impresso. Todo o procedimento é automatizado e nenhuma intervenção física é necessária, apenas verificações periódicas para garantir a funcionalidade correta. Um determinado objeto leva de várias horas a dias para ser concluído, dependendo do tamanho e da complexidade do design. Além disso, por ser uma metodologia "aditiva", é econômica, ecológica (sem desperdício) e também oferece um escopo muito maior para projetos.
O próximo nível: Bioprinting 3D
Biimpressão é uma extensão da impressão 3D tradicional com os avanços recentes que permitem que a impressão 3D seja aplicada a materiais biológicos vivos. Embora a impressão a jato de tinta 3D já esteja sendo usada para desenvolver e fabricar ferramentas e dispositivos médicos avançados, uma etapa adicional precisa ser desenvolvida para imprimir, visualizar e compreender as moléculas biológicas. A diferença crucial é que, ao contrário da impressão a jato de tinta, a bioimpressão é baseada em bio-tinta, que é composta de estruturas de células vivas. Assim, na bioimpressão, quando um determinado modelo digital é inserido, o tecido vivo específico é impresso e construído camada por camada de células. Por causa dos componentes celulares altamente complexos do corpo vivo, a bioimpressão 3D está progredindo lentamente e complexidades como a escolha de materiais, células, fatores e tecidos estão apresentando desafios adicionais ao procedimento. Essas complexidades podem ser abordadas ampliando a compreensão por meio da integração de tecnologias de campos interdisciplinares, por exemplo, biologia, física e medicina.
Grande progresso em bioimpressão
Em um estudo publicado no Materiais funcionais avançados, os pesquisadores desenvolveram uma técnica de bioimpressão 3D que usa células e moléculas normalmente encontradas em tecidos naturais (seu ambiente nativo) para criar construções ou designs que se assemelham a estruturas biológicas 'reais'. Esta técnica de bioimpressão particular combina 'automontagem molecular' com 'impressão 3D' para criar estruturas biomoleculares complexas. A automontagem molecular é um processo pelo qual as moléculas adotam um arranjo definido por conta própria para realizar uma tarefa específica. Esta técnica integra 'controle micro e macroscópico de características estruturais' que a 'impressão 3D' fornece com o 'controle em escala molecular e nano' habilitado pela 'automontagem molecular'. Ele usa o poder da automontagem molecular para estimular as células que estão sendo impressas, o que é uma limitação na impressão 3D quando a 'tinta de impressão 3D' comum não fornece esse meio para isso.
Os pesquisadores 'incorporaram' estruturas em 'bio tinta', que é semelhante ao seu ambiente nativo dentro do corpo, fazendo com que as estruturas se comportem como se estivessem no corpo. Esta biotinta, também chamada de tinta de automontagem, ajuda a controlar ou modular as propriedades químicas e físicas durante e após a impressão, o que permite estimular o comportamento celular de acordo. O mecanismo único quando aplicado a bioprinting nos permite fazer observações sobre como essas células funcionam dentro de seus ambientes, dando-nos um instantâneo e uma compreensão do cenário biológico real. Ele levanta a possibilidade de construir estruturas biológicas 3D por meio da impressão de vários tipos de biomoléculas capazes de se montar em estruturas bem definidas em várias escalas.
O futuro é muito promissor!
A pesquisa de bioprinting já está sendo usada para gerar diferentes tipos de tecido e, portanto, pode ser muito importante para a engenharia de tecidos e medicina regenerativa para atender à necessidade de tecidos e órgãos adequados para transplante - pele, osso, enxertos, tecido cardíaco, etc. Além disso, a técnica abre uma ampla gama de possibilidades para projetar e criar cenários biológicos como ambientes celulares complexos e específicos para permitir a prosperidade da engenharia de tecidos, criando objetos ou construções - sob controle digital e com precisão molecular - que se assemelham ou imitam os tecidos do corpo. O tecido vivo, osso, vasos sanguíneos e, potencialmente e modelos de órgãos inteiros são possíveis de criar para iniciativas de procedimentos médicos, treinamento, teste, pesquisa e descoberta de medicamentos. A geração muito específica de construções personalizadas específicas do paciente pode ajudar na concepção de tratamentos precisos, direcionados e personalizados.
Um dos maiores obstáculos para bioimpressão e impressão a jato de tinta 3D em geral tem sido o desenvolvimento de um software avançado e sofisticado para enfrentar o desafio na primeira etapa da impressão - criar um design ou projeto apropriado. Por exemplo, o projeto de objetos não vivos pode ser criado facilmente, mas quando se trata de criar modelos digitais de, digamos, um fígado ou coração, é desafiador e não simples como a maioria dos objetos materiais. A bioprinting definitivamente tem inúmeras vantagens - controle preciso, repetibilidade e design individual, mas ainda apresenta vários desafios - sendo o mais importante a inclusão de vários tipos de células em uma estrutura espacial, uma vez que um ambiente vivo é dinâmico e não estático. Este estudo contribuiu para o avanço da bioimpressão 3D e muitos obstáculos podem ser removidos seguindo seus princípios. É claro que o verdadeiro sucesso da bioimpressão possui várias facetas associadas a ele. O aspecto mais crucial que pode potencializar a bioimpressão é o desenvolvimento de biomateriais relevantes e adequados, o aprimoramento da resolução da impressão e também a vascularização para poder aplicar clinicamente essa tecnologia com sucesso. Parece impossível "criar" órgãos viáveis e em pleno funcionamento para transplante humano por bioimpressão, mas, no entanto, esse campo está progredindo rapidamente e muitos desenvolvimentos estão na vanguarda agora em apenas alguns anos. Deve ser possível superar a maioria dos desafios associados à bioimpressão, uma vez que pesquisadores e engenheiros biomédicos já estão no caminho para uma bioprinting complexa bem-sucedida.
Alguns problemas com bioimpressão
Um ponto crítico levantado no campo da bioimpressão é que é quase impossível, neste estágio, testar a eficácia e a segurança de quaisquer tratamentos biológicos "personalizados" oferecidos aos pacientes que usam essa técnica. Além disso, os custos associados a tais tratamentos são um grande problema, especialmente no que diz respeito à fabricação. Embora seja muito possível desenvolver órgãos funcionais que possam substituir os órgãos humanos, mesmo assim, atualmente não há uma maneira infalível de avaliar se o corpo do paciente aceitará novos tecidos ou o órgão artificial gerado e se tais transplantes terão sucesso em tudo.
A bioprinting é um mercado em crescimento e se concentrará no desenvolvimento de tecidos e órgãos e talvez em algumas décadas novos resultados sejam vistos em órgãos e transplantes humanos impressos em 3D. 3D bioprinting continuará a ser o desenvolvimento médico mais importante e relevante de nossa vida.
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{Você pode ler o artigo de pesquisa original clicando no link DOI fornecido abaixo na lista de fontes citadas}
Fontes)
Hedegaard CL 2018. Auto-montagem Hierárquica Guiada Hidrodinamicamente de Bioinks de Peptídeo-Proteína. Materiais funcionais avançados. https://doi.org/10.1002/adfm.201703716
