Órgãos
vivos impressos em 3D com corante alimentar
Redação
do Site Inovação Tecnológica - 13/05/2019
Modelo em escala de um alvéolo pulmonar, com as vias aéreas e os vasos
sanguíneos que nunca se tocam, mas são capazes de fornecer oxigênio aos glóbulos
vermelhos. [Imagem: Jordan Miller/Rice University]
Bioimpressão
O corante amarelo de alimentos
número 5 - um aditivo alimentar largamente usado pela indústria - revelou-se o
ingrediente secreto para viabilizar a impressão 3D de biomateriais, dotados de
redes complexas fisicamente emaranhadas, que caracterizam os tecidos
biológicos, como a vasculatura, por exemplo.
Os tecidos dos órgãos movimentam
fluidos e trocam materiais através de redes vasculares distintas, embora
biofísica e bioquimicamente conectadas. Com o advento da impressão 3D, os
pesquisadores logo se deram conta da possibilidade de usar essa tecnologia para
construir órgãos artificiais. Mas reproduzir essa vasculatura em
materiais biocompatíveis utilizados para o cultivo de tecidos tem
sido um desafio.
Uma técnica que está sendo
desenvolvida para criar estruturas artificiais capazes de imitar a complexa
arquitetura vascular dos tecidos biológicos, como as encontradas no interior
dos pulmões, é conhecida como estereolitografia de projeção.
A técnica usa luz projetada e
resinas fotorreativas para criar objetos sólidos. Os aditivos fotoabsorventes podem
ser usados para impedir a fotopolimerização indesejável fora da região alvo,
para assegurar resolução suficiente para a criação de arquiteturas complexas.
Ocorre que as substâncias
químicas disponíveis para isso são reconhecidamente cancerígenas e genotóxicas,
ou seja, totalmente inadequadas para biomanufatura.
Detalhes do processo de biofabricação 3D. [Imagem: Grigoryan et al. -
10.1126/science.aav9750]
Fotoabsorvente
Bagrat Grigoryan e colegas da
Universidade Rice, nos EUA, descobriram agora que corantes alimentares naturais
e sintéticos amplamente utilizados podem ser usados como potentes
fotoabsorventes na produção de redes vasculares intrincadas e funcionais dentro
de hidrogéis, rompendo com a grande limitação prática da estereolitografia de
projeção.
O corante alimentar tartrazina -
ou amarelo #5 - um corante alimentar comum encontrado em uma variedade de
salgadinhos e bebidas, funciona como um aditivo bloqueador de luz para criar
rapidamente elaborados hidrogéis multivasculares.
A equipe demonstrou as
capacidades funcionais desses materiais recriando processos biológicos, como a
oxigenação das células sanguíneas no pulmão, por exemplo. Além disso, eles
otimizaram um tecido hepático produzido por bioengenharia e transplantaram-no
com sucesso em um modelo de lesão hepática crônica em camundongos para destacar
o potencial de translação do método para aplicações práticas na área de saúde.
Impressão 3D de tecidos
biológicos
Grigoryan está disponibilizando a
nova tecnologia de bioimpressão em sistema de código aberto - ele a chama de
"aparelho de estereolitografia para engenharia de tecidos", ou SLATE,
na sigla em inglês.
O sistema usa a manufatura
aditiva para fazer hidrogéis macios uma camada por vez, com um nível de
detalhamento suficiente para imitar os tecidos biológicos reais.
As camadas são impressas a partir
de uma solução líquida de pré-hidrogel que se torna sólida quando exposta à luz
azul. Um projetor de luz digital lança luz de baixo para cima, mostrando fatias
2D sequenciais da estrutura em alta resolução, com tamanhos de píxeis variando
de 10 a 50 micrômetros.
Com cada camada solidificada por
sua vez, um braço suspenso eleva o gel 3D em crescimento apenas o suficiente
para expor o líquido à próxima imagem do projetor. Os corantes alimentares
absorvem a luz azul, confinando a solidificação a uma camada muito fina. Desta
forma, o sistema pode produzir géis macios e biocompatíveis, à base de água, e
com arquitetura interna intrincada, em questão de minutos.
Bibliografia:
Multivascular networks and functional intravascular topologies within biocompatible hydrogels,
Bagrat Grigoryan, Samantha J. Paulsen, Daniel C. Corbett, Daniel W. Sazer, Chelsea L. Fortin, Alexander J. Zaita, Paul T. Greenfield, Nicholas J. Calafat, John P. Gounley, Anderson H. Ta, Fredrik Johansson, Amanda Randles, Jessica E. Rosenkrantz, Jesse D. Louis-Rosenberg, Peter A. Galie, Kelly R. Stevens, Jordan S. Miller Science
Vol.: 364 Issue 6439 - 458-464 DOI: 10.1126/science.aav9750
Multivascular networks and functional intravascular topologies within biocompatible hydrogels,
Bagrat Grigoryan, Samantha J. Paulsen, Daniel C. Corbett, Daniel W. Sazer, Chelsea L. Fortin, Alexander J. Zaita, Paul T. Greenfield, Nicholas J. Calafat, John P. Gounley, Anderson H. Ta, Fredrik Johansson, Amanda Randles, Jessica E. Rosenkrantz, Jesse D. Louis-Rosenberg, Peter A. Galie, Kelly R. Stevens, Jordan S. Miller Science
Vol.: 364 Issue 6439 - 458-464 DOI: 10.1126/science.aav9750
