A impressão tridimensional (3D) é um método de fabricação de objetos sólidos a partir de um arquivo digital contendo informações de coordenadas espaciais. A criação de um protótipo impresso em 3D é alcançada depositando-se camadas sucessivas de material, até que o objeto esteja concluído. Uma característica importante dessa metodologia é que podem ser utilizados variados tipos de materiais, tais como metais, resinas, polímeros e, mais recentemente, componentes biológicos, incluindo biomoléculas e células. Quando componentes biológicos estão envolvidos no procedimento de fabricação, o processo é denominado de bioimpressão 3D.
Essa técnica constitui uma das inovações mais recentes em biotecnologia e biologia sintética, permitindo desde a produção de pequenos grupos organizados de células usados para ensaios de atividade até a confecção de órgãos inteiros para transplantes. No que diz respeito aos ensaios, a bioimpressão 3D fornece modelos mais interessantes do que os de cultivos tradicionais de células, em que as mesmas se encontram desorganizadas e fora do seu ambiente real. O uso da impressão tridimensional permite recriar com mais fidelidade o contexto em que as células se encontram no corpo, preservando melhor sua função. Dessa forma, testes de atividade biológica se tornam mais precisos e realistas, evidenciando efeitos que substâncias podem ter no corpo que não eram detectados nos testes anteriores.
Figura 1 – Exemplo de cultivo 2D de células, em que elas se encontram dispersas e desorganizadas (à esquerda). A cultura 3D (segundo e terceiro painel), por outro lado, apresenta uma organização semelhante à encontrada no tecido vivo observado em um tumor (à direita). Crédito: Sigma-Aldrich. 5 Reasons Cancer Researchers Adopt 3D Cell Culture: A Review of Recent Literature.
A equipe que atua no Laboratório de Nanobiotecnologia (LNANO) da Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia tem empreendido esforços nos últimos dez anos na busca de novas biomoléculas para uso biotecnológico e biomédico. O grupo pesquisa maneiras inovadoras para produzir nanossistemas utilizando diversos organismos, assim como resíduos deixados pelas indústrias agropecuárias e florestais. O presente projeto envolve o desenvolvimento de estratégias de bioimpressão 3D para criar modelos válidos e eficientes para testar a atividade biológica desses compostos.
O projeto desenvolvido pela equipe é constituído de várias etapas, iniciando-se pela criação do modelo tridimensional, desenhado em computador, que serve de base para a impressão do objeto. Concluído o esqueleto digital, os cientistas buscam utilizar materiais biológicos ou biocompatíveis para a impressão da estrutura que irá abrigar as células, de modo que elas se desenvolvam de forma semelhante ao que se observa na natureza. O grupo espera, com o tempo, elaborar e aprimorar maneiras para criar rapidamente cópias em laboratório de tecidos de plantas e animais e de colônias de micro-organismos.
Após essa etapa, os protótipos produzidos nas bioimpressoras precisam ser avaliados quanto às suas propriedades físicas e químicas. A avaliação mostra se os tecidos estão prontos para participar de ensaios biológicos, nos quais serão comparadas as ações de compostos em células cultivadas por métodos convencionais e no modelo 3D. Também serão feitos testes comparando os efeitos de bioativos e nanossistemas em animais e nos tecidos produzidos em laboratório.
Figura 2 – Exemplo de como a bioimpressão 3D pode ser utilizada em ensaios. Na figura, os tecidos vivos foram impressos em cada um dos poços da placa, e podem ser usados para testagem de fármacos ou outras substâncias bioativas. Crédito: Joseph Elsbernd. 3D rendering of a 24 well plate.
As pesquisas de bioengenharia envolvendo a impressão tridimensional têm ocupado posição de vanguarda no mundo. Embora haja grande expectativa de que no futuro possam ser produzidos órgãos para transplantes 100% compatíveis com o receptor, há outros benefícios que essa área trará para a sociedade em bem menos tempo.
A bioimpressão 3D está revolucionando os ensaios de atividade biológica de substâncias, adicionando uma nova etapa entre os testes de laboratório e os clínicos (feitos em humanos). Tradicionalmente, o que se faz hoje ao avaliar a possibilidade de usar um composto em seres vivos é testar seu efeito em células cultivadas sobre uma superfície 2D. Como esse ensaio é muito distante da realidade de um organismo, muitas vezes se obtém sucesso nas etapas in vitro, mas há falhas na hora de usar as substâncias em uma cobaia (geralmente um rato). Além disso, o sucesso de uma droga em roedores não significa que haverá o efeito desejado em humanos, pois somos muito diferentes. Assim, a possibilidade de testar compostos em tecidos humanos artificiais traria maior confiabilidade nos resultados. Poderia inclusive diminuir (ou talvez eliminar) o uso de animais em pesquisas.
A iniciativa do LNANO é uma das pioneiras no país e pretende capacitar e formar pessoas nas diversas etapas envolvidas na bioimpressão 3D. Almeja-se que as tecnologias desenvolvidas no processo sejam transferidas para o setor produtivo para que possam dar o retorno prático à sociedade. Além disso, o projeto também objetiva contribuir para o aprendizado de alunos do ensino médio e superior, levando até às salas de aula a demonstração de conceitos da bioimpressão 3D.
Figura 3 – Os testes pré-clínicos podem ser in vitro ou in vivo. No primeiro caso geralmente são utilizados cultivos de células em uma superfície plana, onde elas se desenvolvem de maneira desorganizada, diferentemente do que acontece em um corpo. Os testes pré-clínicos in vivo usam cobaias como modelos do organismo humano, sendo normalmente escolhidos ratos ou camundongos. Devido às diferenças observadas entre os modelos e a realidade, muitos dos medicamentos aprovados em testes pré-clínicos são reprovados na etapa clínica (que envolve a participação de pacientes humanos).
Imagem destacada: Pixabay
Fonte: canalciencia.ibict.br
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