O que é bioimpressão?

Tem havido muito interesse na imprensa sobre o conceito de uso de impressão 3D para criar tecidos vivos, particularmente órgãos transplantáveis. Mas como essa nova tecnologia, chamada de "bioimpressão", realmente funciona?

Em termos simples, a bioimpressão é a prática de usar a tecnologia de impressão 3D para gerar estruturas celulares orgânicas em vez de peças de plástico ou metal. Isso possibilita a impressão de tecido funcional, que pode então ser usado em pesquisas médicas ou para fins de transplante. No longo prazo, conforme a tecnologia evolui, ele poderia de fato ser usado para imprimir órgãos funcionais, com base nas próprias células de pacientes transplantados para eliminar potencialmente o risco de rejeição de órgãos.

Como a impressão 3D "convencional", a bioimpressão funciona através da construção de estruturas camada por camada em uma plataforma de impressão. No entanto, como o processo envolve trabalhar com tecido vivo em vez de metais e plásticos, é fundamentalmente diferente de várias maneiras. Vejamos em detalhes ...



Como funciona?

Todos os projetos de bioimpressão começam com um modelo 3D da peça que precisa ser criada. Isso pode ser gerado por meio de uma tomografia computadorizada ou ressonância magnética de uma parte real do corpo, ou criado do zero por meio de modelagem 3D. O modelo então precisa ser traduzido em uma forma que possa ser bioprintada com sucesso, o que significa que a arquitetura do tecido deve ser estabelecida. As células apropriadas são, portanto, isoladas e capturadas (do tecido original, se possível) em uma solução especial que as manterá vivas e oxigenadas, prontas para impressão. Essas soluções para impressão são conhecidas como ‘bioinks’. Como a regeneração do tecido requer o uso de "suportes" (os suportes físicos necessários para o crescimento das células), várias dessas tintas serão normalmente necessárias para um projeto de bioimpressão, o que torna as impressoras multimateriais uma necessidade. Esses andaimes podem ser considerados a contrapartida das estruturas de suporte de impressão 3D convencionais.

Uma série de tecnologias diferentes podem ser utilizadas para converter esses bioinks em tecidos vivos. As primeiras técnicas de bioimpressão utilizaram uma abordagem do estilo jato de tinta (mais sobre isso mais tarde), mas a estereolitografia e as impressoras baseadas em extrusão também foram utilizadas com sucesso. Independentemente da tecnologia usada, o processo de impressão deve ser familiar a qualquer profissional AM:a impressora acumula camadas do (s) material (s) escolhido (s) na mesa de impressão até que todo o modelo 3D tenha ganhado vida.

Finalmente, uma vez que a impressão esteja completa, algum pós-processamento é necessário para manter a integridade do tecido, já que as células recém-impressas não serão conectadas imediatamente como estariam com o plástico ou metal impresso. Isso normalmente envolve simulações mecânicas ou químicas que desencadeiam a remodelação e o crescimento do tecido. Um exemplo mais sofisticado disso envolve o uso de "biorreatores" para estimular o crescimento e a vascularização (ou seja, o desenvolvimento de vasos sanguíneos) do tecido.

O vídeo a seguir fornece uma boa visão geral do processo de bioimpressão:





Pioneiros e líderes da indústria da Bioprinting

As impressoras 3D projetadas para imprimir tecidos dessa forma são comumente chamadas de ‘bioprinters’. A primeira bioprinter em funcionamento foi revelada pelo professor Makoto Nakamura, da Universidade de Toyama, que mostrou suas capacidades imprimindo um tubo biológico, semelhante a um vaso sanguíneo. Como mencionado acima, isso utilizou uma abordagem de impressão baseada em jato de tinta (na verdade, o primeiro protótipo foi baseado em uma impressora Epson modificada!). O professor Nakamura, desde então, continuou sua pesquisa sobre as aplicações potenciais da bioimpressão.

A Organovo é outra empresa líder na área de bioimpressão e trabalhou com sua empresa parceira, a Invetech, para entregar uma bioimpressora comercial viável:a NovoGen MMX. A abordagem da Organovo para o tecido de impressão envolve uma impressora com várias cabeças especialmente projetada, com cabeças de impressão separadas para células cardíacas, células endoteliais e um ‘biopaper’ de colágeno que atua como suporte.

A tecnologia também chamou a atenção dos militares dos EUA, que investiram em pesquisas para saber se a bioimpressão poderia ser usada para tratar soldados feridos. O Instituto de Medicina Regenerativa das Forças Armadas (AFIRM) foi criado em 2008 para liderar essa área, com universidades, pesquisadores e cientistas militares trabalhando juntos como parte de um acordo de cooperação.

Na Alemanha, o Instituto Fraunhofer está conduzindo pesquisas contínuas sobre a impressão de órgãos inteiros, tanto para fins de transplante quanto para eliminar a necessidade de testes em animais em ambientes de pesquisa. Em particular, seus pesquisadores fizeram avanços consideráveis ​​na vascularização de tecido bioprinted, trabalhando em estreita colaboração com o projeto ArtiVasc 3D para criar vasos sanguíneos impressos em 3D que fornecerão nutrição aos tecidos da mesma forma que um corpo vivo.

Como outras tecnologias de impressão 3D, a bioimpressão já tem seus próprios especialistas em materiais, que se concentram no desenvolvimento de bioinks sofisticados. A Cellink da Suécia, por exemplo, se estabeleceu rapidamente como líder do setor nesse aspecto, oferecendo uma ampla gama de bioinks criados por você, junto com a tecnologia necessária para fazer uso deles.



O que vem a seguir?

Embora os benefícios potenciais que a bioimpressão pode oferecer certamente capturaram a imaginação do público, como acontece com qualquer nova tecnologia, levará tempo para amadurecer e se estabelecer. Esperaríamos que a bioimpressão seguisse um caminho semelhante ao adotado pela nascente indústria de manufatura de aditivos. À medida que a tecnologia é empregada cada vez mais em configurações do "mundo real", os primeiros sucessos irão ajudá-la a estabelecer seus nichos ideais. Nesse ponto, o foco mudará para o estabelecimento de processos e ferramentas complementares que otimizarão seu desempenho.

Nesse ponto, cientistas, médicos e pacientes (junto com outras indústrias onde a bioimpressão ainda não revelou suas aplicações potenciais) começarão a ver todos os benefícios da tecnologia. A jornada certamente será longa e complexa, mas esperamos que os benefícios sejam enormes.