Bioimpressão de tecido humano usando impressoras 3D especializadas promete transformar a medicina, com implicações para transplantes de órgãos, tratamento do câncer e desenvolvimento de antibióticos.
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Luke Massella é uma das cerca de 10 pessoas vivas a andar por aí com uma bexiga de substituição que cresceu a partir das suas próprias células.
Ele nasceu com uma condição chamada espinha bífida, que desde o nascimento deixou uma lacuna na sua coluna.
Até 10 anos de idade, ele tinha sobrevivido a uma dúzia de cirurgias e superado as expectativas iniciais dos médicos de que nunca mais andaria. Mas então um mau funcionamento da bexiga fez seus rins falharem.
“Eu estava meio que enfrentando a possibilidade de ter que fazer diálise para o resto da minha vida”, diz ele. “Eu não seria capaz de praticar esportes, e ter uma vida infantil normal com meu irmão”.
Um cirurgião empreendedor, Anthony Atala do Hospital Infantil de Boston, pegou um pequeno pedaço da bexiga de Luke, e mais de dois meses cresceu um novo no laboratório.
Então, num procedimento cirúrgico de 14 horas, ele substituiu a bexiga defeituosa pela nova.
“Por isso foi como conseguir um transplante de bexiga, mas a partir das minhas próprias células, para não ter de lidar com a rejeição”, diz Luke.
Rejeição é quando o sistema imunológico do corpo ataca as células transplantadas que vêm de outro organismo. Usar tecido cultivado a partir das células de um próprio paciente ajuda a combater este efeito.
Luke passou a ser treinador de luta livre nas escolas públicas de Connecticut e agora, aos 27 anos, dirige eventos na indústria da joalharia.
“Praticamente consegui viver uma vida normal depois”, diz ele.
Foi operado 17 vezes antes dos 13 anos, mas não precisou desde então.
O trabalho de Atala envolve bioimpressão, usando máquinas de jato de tinta 3D modificadas para produzir tecido biológico.
A sua equipe desenvolveu “oito tecidos baseados em células que colocamos nos pacientes”, diz ele, incluindo pele, uretra e cartilagem artificiais, todos cultivados no laboratório.
Estes órgãos artificiais estão passando por testes clínicos para aprovação pela US Food and Drug Administration.
“Você precisa saber como fazer esses órgãos à mão, então a bioimpressão é realmente uma ferramenta de aumento de escala”, diz o Dr. Atala, diretor do Wake Forest Institute for Regenerative Medicine na Carolina do Norte.
Em outras palavras, a bioimpressão permitiria que esses órgãos fossem feitos de uma maneira acessível, consistente e precisamente construída, ele acredita.
“Estruturas planas como a pele” são mais fáceis de imprimir, ele diz. Então “estruturas tubulares como vasos sanguíneos e uretras” são um pouco mais complexas, com “órgãos ocos não tubulares como bexigas” mais duros ainda.
Mas mais duros são “órgãos sólidos como corações, pulmões e rins”, com “tantas mais células por centímetro”.
Para estes órgãos altamente complexos, as bioprinters fornecem uma precisão que ultrapassa as mãos humanas, diz ele.
Potencial pluripotente
A bioimpressão descolou após uma descoberta dramática por Shinya Yamanaka e Sir John Gurdon, que foi Prémio Nobel pelo seu trabalho em 2012.
Células comuns adultas podem agora ser reprogramadas para fazer células estaminais – chamadas células estaminais pluripotentes induzidas – que podem ser usadas para fazer qualquer outra célula do corpo.
“Muita coisa aconteceu nos últimos anos”, diz Steven Morris, chefe executivo da Bioprinting start-up Biolife4d.
O Sr. Morris está trabalhando para bioimprimir um coração usando estas células pluripotentes durante o próximo ano. Esta será inicialmente uma versão menor do órgão, explica ele, mas poderá eventualmente ajudar as empresas farmacêuticas a contornar os testes de medicamentos em animais, diz ele.
E, finalmente, a bioimpressão de órgãos das próprias células das pessoas vai resolver a “enorme falta de fornecimento” de órgãos para transplante, diz o Sr. Morris, e acabar com a necessidade de medicamentos imunossupressores anti-rejeição.
Impressores especializados poderiam até reproduzir tumores de câncer, dando aos médicos a chance de testar “qual tratamento poderia funcionar especificamente naquele paciente”, diz Erik Gatenholm, diretor executivo da empresa sueca Cellink.
Sua empresa recebeu um 2 euros.5m ($2.9m; £2.2m) concedidos pela União Europeia para desenvolver estas impressoras modeladoras de tumores.
Bioprinters também nos dão uma forma de “colocar rapidamente pequenas quantidades de líquido para testar se um novo antibiótico funcionaria para aquele paciente específico”, diz Annette Friskopp, vice-presidente para sistemas de impressão especializados na grande empresa de tecnologia HP em Palo Alto.
Isso poderia ajudar a resolver o crescente e grave problema da resistência antimicrobiana – o aumento dos “superbugs” antibióticos tradicionais não pode matar.
HP está fazendo parceria com o Centro de Controle de Doenças dos EUA para implantar impressoras em quatro laboratórios regionais nos EUA neste outono.
Tintas e andaimes
Printers of any kind need ink, and bioprinters are no different. “Bioink” é um gel que pode ser extrudido através de um bocal de impressão e imita a suspensão que se encontra entre as células, chamada de matriz extracelular.
Both laboratórios universitários e start-ups, como o Cellink, têm desenvolvido bioinclusões que podem ser usadas com muitos tipos de células, diz Ahu Arslan Yildiz, um bioquímico que dirige um grupo de pesquisa no Instituto de Tecnologia de Izmir, na Turquia ocidental.
E estes bioinks “universais” estão crescendo cada vez mais “processáveis e fáceis de manusear”, diz a Sra. Yildiz, enquanto também não são tóxicos.
Outro avanço no campo de rápido desenvolvimento vem do Japão.
A maior parte da bioimpressão usa um andaime para manter as células no lugar. E assim que as células são “coaxadas até um certo nível, elas começam a se organizar e montar”, diz Arnold Kriegstein, diretor do centro de medicina de células-tronco e regeneração da Universidade da Califórnia, São Francisco.
O andaime pode então ser removido.
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Mas Koichi Nakayama, na Universidade Saga, no sul do Japão, tem desenvolvido uma forma de criar tecido 3D sem andaimes.
Em vez disso, ele lança pequenas esferas sobre um fino conjunto de agulhas, chamado kenzan.
O Dr. Nakayama, médico e presidente do departamento de Medicina Regenerativa e Engenharia Biomédica da universidade, está agora “preparando o primeiro ensaio em humanos em nossa universidade” para implantar tubos de diálise “apenas feitos a partir das células da própria pele de um paciente”.
Então a bioimpressão está a dar grandes passos e promete dar a muitos de nós uma nova vida.
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