Cientistas imprimem coração em 3D usando material biológico coletado de indivíduo

Um coração humano de pequena escala, impresso em 3D, criado a partir de materiais e células do próprio paciente. (Ciência Avançada. © 2019 os autores)

Em um grande avanço médico, os pesquisadores da Universidade de Tel Aviv “imprimiram” o primeiro coração vascularizado 3D do mundo usando células e materiais biológicos de um paciente. Suas descobertas foram publicadas em 15 de abril em um estudo na Advanced Science.

Até agora, os cientistas da medicina regenerativa – um campo posicionado na encruzilhada da biologia e da tecnologia – conseguiram imprimir apenas tecidos simples sem vasos sanguíneos.

“Esta é a primeira vez que alguém conseguiu projetar e imprimir um coração inteiro repleto de células, vasos sanguíneos, ventrículos e câmaras”, diz o Tal Dvir, da Escola de Biologia Molecular e Biotecnologia da TAU, do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais e do Centro Sagol de Biotecnologia Regenerativa, que liderou a pesquisa para o estudo.

Doenças cardíacas são as principais causas de morte entre homens e mulheres nos Estados Unidos. O transplante cardíaco é atualmente o único tratamento disponível para pacientes com insuficiência cardíaca terminal. Dada a terrível escassez de doadores de coração, a necessidade de desenvolver novas abordagens para regenerar o coração doente é urgente.

“Este coração é feito de células humanas e materiais biológicos específicos do paciente. Em nosso processo, esses materiais servem como biotintas, substâncias feitas de açúcares e proteínas que podem ser usadas para impressão 3D de modelos complexos de tecidos”, diz Dvir. “As pessoas conseguiram imprimir em 3D a estrutura de um coração no passado, mas não com células ou vasos sangüíneos. Nossos resultados demonstram o potencial de nossa abordagem para a engenharia de reposição de tecido e órgãos personalizada no futuro.”

A pesquisa para o estudo foi conduzida em conjunto por Dvir, por Assaf Shapira da Faculdade de Ciências da Vida da TAU, e por Nadav Moor, um estudante de doutorado no laboratório do Dvir.

“Neste estágio, nosso coração 3D é pequeno, do tamanho do coração de um coelho”, explica Dvir. “Mas corações humanos maiores requerem a mesma tecnologia.”

Para a pesquisa, uma biópsia de tecido adiposo foi retirada dos pacientes. Os materiais celulares e acelulares do tecido foram então separados. Enquanto as células foram reprogramadas para se tornar células-tronco pluripotentes, a matriz extracelular (ECM), uma rede tridimensional de macromoléculas extracelulares, como colágeno e glicoproteínas, foi processada em um hidrogel personalizado que serviu como “tinta” de impressão.

Após serem misturadas com o hidrogel, as células foram eficientemente diferenciadas para células cardíacas ou endoteliais para criar emplastros cardíacos imuno-compatíveis específicos do paciente com vasos sanguíneos e, subsequentemente, um coração inteiro.

Segundo o Dvir, o uso de materiais específicos para pacientes é crucial para o sucesso da engenharia de tecidos e órgãos.

“A biocompatibilidade dos materiais de engenharia é crucial para eliminar o risco de rejeição do implante, o que compromete o sucesso de tais tratamentos”, diz Dvir. “Idealmente, o biomaterial deve possuir as mesmas propriedades bioquímicas, mecânicas e topográficas dos próprios tecidos do paciente. Aqui, podemos relatar uma abordagem simples para tecidos cardíacos grossos, vascularizados e perfuráveis ​​impressos em 3D que combinam completamente com os tecidos imunológicos, celulares, bioquímicos e propriedades anatômicas do paciente.”

Os pesquisadores agora planejam cultivar os corações impressos no laboratório e “ensiná-los a se comportar” como corações, diz Dvir. Eles então planejam transplantar o coração impresso em 3D em modelos animais.

“Precisamos desenvolver ainda mais o coração impresso”, conclui ele. “As células precisam formar uma capacidade de bombeamento; atualmente, elas podem se contrair, mas precisamos que trabalhem juntas. Nossa esperança é que tenhamos sucesso e provemos a eficácia e a utilidade de nosso método.”

“Talvez, daqui a dez anos, haja impressores de órgãos nos melhores hospitais do mundo, e esses procedimentos serão conduzidos rotineiramente.”

Amigos americanos da Universidade de Tel Aviv

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