Com a ajuda de impressão 3D e eletrofiação, uma equipe de bioengenheiros na Wake Forest Institute for Regenerative Medicine levar por Anthony Atala está crescendo viável de tecidos e órgãos para os pacientes. Enquanto muitos destes órgãos impressos em 3D permanecem na fase de pesquisa, alguns devem estar prontos para testes clínicos dentro de um ano ou dois.por mais de 25 anos, Atala tem trabalhado na geração de células de tecido no laboratório. Dos dedos e ouvidos aos rins e corações, a sua equipa pode agora criar 40 estruturas de órgãos e tecidos diferentes.

O que é o Electrospinning?

estes procedimentos começam por tomar uma pequena amostra de células do paciente da área bioengenheiros estão tentando recriar. Por exemplo, para a pele, eles precisam apenas de um enxerto do tamanho de um selo postal. Então, dentro de um biorreator, eles replicam essas células até que haja o suficiente para fazer crescer o órgão.

BIOPRINTERS 3D depositam diferentes tipos de células da mesma forma que uma impressora 3D a cores deposita diferentes tipos de polímero. Foto: Wake Forest

o próximo passo é construir a matriz extracelular, ou andaime, sobre a qual as células se formam. A equipe então sementes a matriz com promotores de crescimento e bioquímicos que levam as células a desenvolver de formas específicas. A matriz também fornece forças mecânicas que moldam o desenvolvimento celular.para fazer estruturas, como a pele ou vasos sanguíneos, o laboratório usa electrospinning, uma técnica de Impressão 3D que se assemelha às máquinas usadas para transformar açúcar em algodão doce.Bioengenheiros usam esta técnica para rodar um polímero de hidrogel a altas velocidades, forçando o polímero a alongar-se em longas cadeias de fibra. Eles então colocam uma fina vara no centro da máquina. As fibras de hidrogel aderem à haste tal como algodão doce fofo se liga a um cone de papel. Os cientistas manipulam a forma do polímero esponjoso variando a voltagem até imitar a estrutura que estão a criar.Leitura Adicional: Impressão 3D pele viva com vasos sanguíneos uma vez que os pesquisadores alcançar a forma desejada, eles pulverizam células do biorreator para a matriz, colocando-o repetitivamente para combinar estruturas naturais. Para recriar a pele, por exemplo, eles começariam por aplicar células da camada subcutânea e, em seguida, aqueles da derme e da epiderme.uma vez colocada sobre a matriz, a estrutura é colocada em uma incubadora que imita as condições do corpo humano. Lá, esta combinação de matrix, bioquímicos, e células começa a ter uma vida própria, usando a matrix como um guia.embora esta técnica seja perfeita para estruturas simples e leves, como a pele e os vasos sanguíneos, não tem a precisão e a capacidade de criar estruturas tridimensionais sólidas como um coração.como imprimir órgãos sólidos?

para criar um órgão sólido, os pesquisadores precisam de uma maneira de promover o crescimento dos vasos sanguíneos de modo que cada célula no órgão recebe o oxigênio e nutrientes e pode eliminar o desperdício. Criar estas árvores de vasos sanguíneos, que se ramificam de grandes artérias para os vasos mais pequenos, tem intrigado os investigadores durante décadas. No entanto, a equipa da Atala desenvolveu algumas soluções potenciais.

uma das várias impressoras 3D projetadas para imprimir células. Foto: Wake Forest

a primeira solução começa com um órgão doador existente, como um fígado. Primeiro, Wake Forest bioengineers colocá-lo em um agitador, muito como uma máquina de lavar roupa, com detergentes leves por cerca de duas semanas.”depois de passar pelo agitador, você poderia segurar o órgão e ele iria olhar e sentir como o órgão, mas não teria células”, disse Atala. “Essencialmente, tínhamos preservado o esqueleto do órgão.este esqueleto é feito de colagénio, uma proteína encontrada no tecido conjuntivo do corpo e nas suas matrizes extracelulares. Tal como a matriz de electrospun, a matriz de colagénio fornece a estrutura e as forças mecânicas que as células necessitam para dividir e assumir funções relacionadas com órgãos. O esqueleto do órgão é então depositado com as células hepáticas do paciente, que repovoam o órgão, trazendo-o de volta à vida com muitas das funções de um fígado humano.embora este método seja promissor, ainda significa esperar por um órgão doador com o qual trabalhar. A impressão 3D pode oferecer uma maneira de contornar isso. Este método requer muito mais compreensão do próprio órgão, mas promete libertar os pacientes de esperar por um órgão doador.
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“há tanta coisa acontecendo em um órgão como o coração que não podemos ver a menos que comecemos do zero”, disse Atala. “Estamos olhando para a estrutura de uma perspectiva de 360 graus para garantir que podemos replicar a funcionalidade do órgão de todas as formas possíveis, ou ele não sobreviverá.”
Uma maneira de fazer isso é manter a construção de órgãos e aprender com as construções. Para isso, Atala e sua equipe projetaram mais de uma dúzia de impressoras para realizar os complexos processos de construção de um órgão sólido. As impressoras operam como impressoras a jacto de tinta a cores, mas em vez de tinta, os seus cartuchos contêm células segregadas por tipo.
para começar, o bioprinter é carregado acima com a informação do paciente e do órgão, uma planta do que construir. Através de um sistema de bicos, a impressora deposita camadas de células como um gel espesso. Isso lentamente gera a estrutura do órgão, preservando a vida das células incorporadas nele.enquanto a equipe ainda está dominando esta forma topográfica de engenharia, a impressão 3D dá aos pesquisadores a chance de trabalhar os detalhes. Através de tentativa e erro, eles têm programado com sucesso as impressoras para depositar até mesmo os vasos sanguíneos mais pequenos dentro de um órgão complexo.a Bioprinting 3D é o futuro do transplante de órgãos?
Não importa qual destas técnicas a equipe usa, leva cerca de quatro a seis semanas para construir um substituto saudável para um paciente. Uma vez que o tecido ou órgão de substituição é feito a partir das próprias células do paciente, não há praticamente nenhuma probabilidade de rejeição—o que significa que os pacientes curam mais rápido do que nunca e não precisam de tomar drogas para manter o seu sistema imunológico de atacar o transplante.
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“para ser capaz de criar essas estruturas com as próprias células de um paciente para onde eles realmente podem se adaptar e curar, essa é a esperança para nós”, disse Atala. “Queremos ter certeza de que podemos alcançar o maior número de pacientes possível.”Atala diz que as estruturas mais simplificadas, como a pele e os vasos sanguíneos, já tiveram sucesso em testes humanos e estarão na clínica dentro de um par de anos. Os órgãos sólidos vão demorar muito mais tempo.tem sido uma jornada notável para Atala e seus avanços lançaram as bases e a base de conhecimento para a bem sucedida geração de tecidos celulares humanos.Cassie Kelly é uma escritora de engenharia e meio ambiente baseada em Columbus, Ohio.Registre-se hoje Para AM Medical: 27-28 de Maio de 2020 em Minneapolis, MN