3D-printed scaffold engineered to grow complex tissues
At a Glance
- Uma nova técnica de gravação de andaimes com impressão 3D para reparação de tecidos permitiria que muitos tipos de células crescessem num único implante.
- A tecnologia poderia ser usada para impulsionar a reparação de tecidos complexos como osso e cartilagem, que são compostos por diferentes tipos de células.
Um corante fluorescente revela a “tinta” mantida dentro de uma ranhura gravada na curva de uma fibra de andaime. Diaz-Gomez et al., Bioprinting Advances in 3D printing techniques have led to hope for improvements in regenerative medicine. Esta área de investigação tem como objectivo utilizar células estaminais e outras tecnologias – tais como biomateriais artificiais – para reparar ou substituir células, tecidos ou órgãos danificados.
O trabalho em medicina regenerativa tem-se concentrado na ideia de criar andaimes. Os andaimes são estruturas de materiais artificiais ou naturais sobre os quais novos tecidos podem ser cultivados para substituir os tecidos danificados. Tais andaimes poderiam ser preparados fora do corpo, por exemplo, para começar a cultivar um pedaço de osso no laboratório que poderia então ser implantado cirurgicamente. Eles também podem ser usados para promover diretamente a reparação dentro do corpo.
Pesquisa nesta área tem encontrado vários obstáculos tecnológicos. Está provado que é difícil distribuir células de forma previsível em muitos andaimes impressos em 3D. A distribuição uniforme e controlada das células é necessária para o crescimento de tecidos complexos como osso e cartilagem, que são compostos por muitos tipos diferentes de células.
Criar os “bioinks” usados para imprimir células em andaimes também se revelou um desafio. Eles foram desenvolvidos para serem espessos e viscosos para evitar que o bioink escorra dos andaimes. Mas esta viscosidade pode danificar as células durante o processo de impressão.
Pesquisadores liderados pelo Dr. Antonios Mikos da Universidade de Rice têm testado formas de melhorar os andaimes 3D e o bioink para impressão de biomateriais. Em seu novo estudo, eles testaram se a gravação de ranhuras nas fibras do andaime impresso poderia ajudar a manter as células no lugar e permitir o uso de bioink menos viscoso. O trabalho foi financiado em parte pelo National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB) do NIH. Os resultados serão publicados na edição de junho de 2020 do Bioprinting.
CT imagem de um andaime impresso em 3D com ranhuras. Laboratório de Biomateriais de Arroz Os pesquisadores criaram fibras usando uma cabeça de impressão e depois, quando as fibras esfriaram, usaram uma cabeça de gravação que foi capaz de criar ranhuras e canais de diferentes alturas para diferentes propósitos. A estrutura geral das fibras impressas não foi danificada pela gravura, e quando as fibras foram estratificadas em ângulos de 90°, os andaimes resultantes mantiveram a sua resistência sob compressão.
Quando as ranhuras foram então preenchidas com bioenxertos de baixa viscosidade, mantiveram-nas no lugar sem enchimento excessivo e espalhamento.
A equipa testou em seguida a sobrevivência de células estruturantes chamadas fibroblastos quando impressas nos andaimes gravados utilizando tinta de baixa viscosidade. 24 horas após a impressão, um grande número de células permaneceu vivo nos sulcos.
“Esta nova tecnologia permite-nos imprimir andaimes de várias camadas semeados com diferentes tipos de células em cada camada”, diz Mikos. “O objetivo é cultivar tecidos que melhor imitem a estrutura original para criar uma reparação mais funcional e durável”
A técnica também pode permitir a impressão de moléculas frágeis, tais como fatores de crescimento, em andaimes. Os investigadores estão agora a explorar formas de controlar melhor a criação de ranhuras de diferentes tamanhos, com o objectivo de utilizar a tecnologia em andaimes feitos de materiais muito finos ou para fazer ranhuras mais profundas quando necessário.