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A engenharia de tecidos é um campo emergente em que a ciência dos materiais e a biologia celular contribuem para tornar possível novas ferramentas, como a implantação de tecidos biofabricados na medicina regenerativa. O objetivo final da bioimpressão é recapitular o processo natural de formação de tecido por células para montar arcabouços sintéticos que sejam capazes de imitar o microambiente natural do tecido. O cerne desse desafio multidisciplinar é entender como ocorre à regulação do comportamento celular através de interações célula/tempo, e com isso reproduzir esses conhecimentos para a fabricação de biomateriais compatíveis com a produção de tecidos, células e órgãos.

As células-tronco possuem grande potencial de diferenciação, com capacidade de proliferação e auto renovação, dando origem a diferentes linhagens celulares especializadas (Pereira 2008). Existem várias classes de células-tronco, que elas podem ser classificadas em células-tronco totipotentes, pluripotentes e multipotentes; e de acordo com sua origem elas podem ser embrionárias ou adultas (Vogel 2000, Souza et al. 2003, Silva Júnior et al. 2009). As células-tronco são definidas por possuir um potencial de auto renovação e multilinhagem, isto é, podem ser estimuladas para formar vários tipos diferentes de células funcionais. Existem três tipos principais de células-tronco comumente usadas na bioengenharia: mesenquimais, embrionárias e pluripotentes induzidas. As células-tronco mesenquimais são também referidas como células estromais mesenquimais ou células multipotentes, essas células apresentam capacidade de se diferenciar em osteoblastos, adipócitos ou condroblastos in vitro. Adicionalmente, também têm a capacidade de se tornar outros tipos de células mesenquimais e não mesenquimais tais como miócitos, células de ligamentos, de musculo liso, células endoteliais, cardiomióticos, hepatócitos e células neurais.

Mas o que é a bioimpressão 3D?

A bioimpressão de órgãos é uma aplicação biomédica da impressão 3D (também conhecida como manufatura aditiva), que permitirá, automaticamente, sob o controle de um computador, a reconstrução de tecidos e órgãos humanos. Para isso é necessário uma forte integração interdisciplinar envolvendo a Engenharia e a Biologia, além de outras áreas do conhecimento. O órgão ou tecido deverá ser estruturado a partir de elementos construtores básicos que funcionam como blocos de montar, chamados de esferoides teciduais, capazes de fundirem-se uns aos outros. Esses elementos, obtidos de células do próprio paciente, serão armazenados por uma bioimpressora 3D que fabricará o órgão ou tecido, camada-a-camada, seguindo um conjunto de instruções da bioimpressora, com detalhes complexos da estrutura a ser construída.

Primeiramente, são desenvolvidos softwares para desenho e tratamento de imagens médicas, bem como simuladores que ajudam os pesquisadores a encontrar soluções. Uma das etapas desafiadoras da pesquisa é a representação matemática do tecido ou órgão a ser produzido. O uso em larga escala de uma bioimpressora 3D somente será possível se um projeto ou design detalhado for produzido anteriormente à etapa da impressão, o que não é possível com os softwares atuais. Assim, o desafio é complexo e requer a contribuição de anatomistas, biólogos e matemáticos, além de cientistas da computação. Em relação à bioimpressão propriamente dita, são necessários engenheiros de automação, de robótica, de computação, mecânicos e eletrônicos que deixem o equipamento apto a processar o design ou projeto gerado e fazer a impressão controlada do material vivo (esferoides teciduais), de maneira organizada, rápida e segura.

 

Esse material, por sua vez, exige que profissionais da área biológica atuem previamente na produção em larga escala. O passo seguinte à fabricação do órgão é a sua maturação em um equipamento conhecido como biorreator. Esse equipamento, assim como a impressora, requer a atuação de engenheiros, químicos e físicos. Por último, supondo que todas as etapas anteriores sejam bem sucedidas, segue-se a etapa de implantação do órgão no paciente, realizada por cirurgiões especialistas. Esta será uma etapa altamente dependente de discussões no campo da ética e da definição de regulamentos que garantam a segurança do paciente, o que já vem acontecendo em muitos países.

As vantagens

O uso da tecnologia de bioimpressão 3D para fazer órgãos a partir de células-tronco do próprio paciente poderia ser a solução para problemas de incompatibilidade do sistema imunológico. Com o tempo, essa tecnologia abre a possibilidade de se transplantar protótipos de órgãos e criar métodos efetivos de substituição de tecidos.

A biompressão é uma técnica que pode ser utilizada para tratar crânioplastia, ou seja, deformidades cranianas, uma vez que os médicos podem desenvolver protótipos para estudar a deformidade, bem como avaliar e treinar a técnica cirúrgica antes do procedimento em humanos. Ainda, é possível avaliar os dados produzidos a partir de impressões em 3D e com base em dados estatísticos de viabilidade na utiliza- ção desta técnica, observar e avaliar estruturas corporais obtidas a partir de imagens digitalizadas obtidas por meio de tomografia computadorizada (TC) de modelos 3D de tecidos. Dessa forma, pode-se dizer que a partir destes modelos 3D, bio-modelos (modelos físicos), as estruturas ósseas e cartilaginosas impressas em 3D podem ser ferramentas importantes para o desenvolvimento de novas técnicas cirúrgicas de alta precisão para implantes e prototipagem rápida (Choonara et al. 2016). Devido a sua grande vantagem na formação de vários tipos celulares, houve o rápido desenvolvimento na construção de tecidos e órgãos funcionais inteiros em 3D, tais como coração, pulmão, fígado e rins (Ozbolat 2015). Pesquisas sobre a produção de órgãos e mini-órgãos tem aumentado, gerando expectativa de sua utilização em enxertos de tecidos e transplante de órgãos.

Por onde andam as pesquisas?

No Brasil, a pesquisa em bioimpressão 3D de órgãos vem sendo desenvolvida por pesquisadores da Divisão de Tecnologias Tridimensionais (DT3D), do Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer (CTI), uma das unidades de pesquisa do Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação, localizada em Campinas (SP). O CTI possui modernas impressoras 3D, com as quais podem ser gerados modelos, moldes e estruturas relacionadas à bioimpressão. O Centro também desenvolve impressoras 3D e bioimpressoras experimentais para testes com biomateriais, que podem incluir materiais biológicos. Como a área de bioimpressão está diretamente relacionada a estruturas e fatores biológicos, é fundamental que grande parte das soluções em desenvolvimento seja analisada na perspectiva do comportamento celular, ou seja, a interação entre a estrutura tridimensionalmente fabricada e o comportamento da célula. Assim, as análises são realizadas em colaboração com diversas instituições nacionais e internacionais.

Tem crescido, no mundo todo, o número de pesquisadores e de investimentos em bioimpressão. Ainda não existem aplicações completas e de larga escala dela, mas os resultados das pesquisas são promissores. Os países com maior atuação na área são os Estados Unidos, Reino Unido, Japão, Coreia do Sul, China e Holanda. Na América Latina, o Brasil participou como um dos membros fundadores da Sociedade Internacional para Biofabricação (em inglês, International Society for Biofabrication) em 2010. A Divisão de Tecnologias Tridimensionais (DT3D) do CTI vem contribuindo para o desenvolvimento da bioimpressão por meio da pesquisa e aplicação da tecnologia da informação e impressão 3D. O CTI tem participado dos principais eventos mundiais da área, apresentando seus resultados tanto na forma de artigos em congressos quanto de palestras convidadas.

Como um exemplo específico desse estudo no CTI, foi desenvolvida uma estrutura de 200 micrômetros de diâmetro, denominada lockyball, cuja função é abrigar os esferoides teciduais, dando-lhes proteção mecânica e maior capacidade de interconexão. Adicionalmente, essa estrutura poderá garantir um maior tempo de hospedagem dos esferoides teciduais na região em que for instalado no organismo humano, nos casos das chamadas terapias celulares em que é necessária a manutenção de células específicas em um local determinado. Elas funcionariam como um ‘carrapicho’, prendendo-se umas as outras, gerando uma estrutura 3D com grande concentração de células. As Lockyballs foram produzidas em parceria com os países da Lituânia, Grécia e Áustria.

Na área de pesquisa aplicada, a Divisão de Tecnologias Tridimensionais (DT3D) do CTI tem trabalhado em cooperação com o Ministério da Saúde para aplicações de tecnologias tridimensionais na saúde, o que confere uma rica experiência e conhecimentos na solução real dos problemas em uma rede que conta com mais de uma centena de hospitais. No âmbito desse projeto, nas próximas semanas, a DT3D deverá alcançar o número de 4.000 casos atendidos.

Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer – CTI

O Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer – CTI é uma unidade de pesquisa do Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações (MCTIC).   A intensa interação com o setor acadêmico (por meio de diversas parcerias em pesquisa), e com o setor industrial, por meio de vários projetos de cooperação com empresas, mantém o CTI no estado da arte em seus principais focos de atuação, tais como: microeletrônica, componentes eletrônicos, sistemas, mostradores de informação, software, aplicações de TI, robótica, visão computacional, tecnologias de impressão 3D para indústria e medicina, e softwares de suporte à decisão. Essa integração com a academia e com o setor produtivo torna o CTI uma instituição capaz de atender demandas da indústria, tornando-as temas de pesquisas, de forma a estimular um ciclo de P&D diversificado, focado em prover soluções para o mercado.

Jorge Vicente Lopes da Silva, pesquisador do Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer – CTI, desde 1988, criou e coordena até hoje o Núcleo de Tecnologias Tridimensionais – NT3D do CTI (Ministério da Ciência Tecnologia, Inovações e Comunicações – MCTIC), estará presente no evento WORKSHOP TERMIS AMERICAS 2018, nos próximos dias 29 a 1 de julho em Porto Alegre – RS. No evento, será ministrante do minicurso intitulado Curso Básico em biofabricação e bioprinter 3D”, juntamente com o Dr. Rodrigo Alvarenga Rezende e a Dra. Janaína Dernowsek, que também fazem parte da equipe de pesquisa do CTI. O curso básico abordará os aspectos gerais da Biofabricação, que também envolverão conhecimentos básicos de fabricação de aditivos (impressão 3D), tratamento de imagens médicas, estratégias e perspectivas de biofabricação, uso de estruturas tridimensionais para construção de novos tecidos), conceito de biotinta para bioimpressão, bem como aplicações de tecnologia da informação para biofabricação. Além disso, Jorge apresentará uma palestra no dia 29 de junho sobre a biofabricação: estado-da-arte e expectativas para o futuro.

Serviço:

 

O que: TERMIS Americas Workshop 2018

 

Quando: de 27 de junho a 1º de julho de 2018

 

Onde: Centro de Eventos BarraShoppingSul (Av. Diário de Notícias, 300 – Cristal, Porto Alegre – RS).

 

http://www.termisamerica2018.com.br/

 

REFERÊNCIAS:

http://www.oarquivo.com.br/variedades/ciencia-e-tecnologia/4464-como-funciona-a-bioimpress%C3%A3o-3d-de-%C3%B3rg%C3%A3os.html

http://www.scielo.br/pdf/pvb/v37n9/1678-5150-pvb-37-09-01032.pdf

 

 

 

 

 

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