As impressoras 3D são hoje utilizadas em muitas áreas da nossa vida, permitindo-nos criar diversos elementos decorativos para interiores, próteses para órgãos humanos, joias de grife ou até mesmo chocolate. Mas a ciência não fica parada e hoje já existem planos para imprimir órgãos em 3D a partir de material biológico. Este é um verdadeiro avanço revolucionário, uma vez que os órgãos dos doadores são muito escassos.

Recursos de impressão de órgãos em uma impressora 3D

A criação de órgãos humanos funcionais através da impressão 3D resolveria o maior problema – a escassez destes mesmos órgãos – para salvar milhões de pacientes em todo o mundo. A ideia de cultivar órgãos humanos surgiu no século passado, mas até o advento da bioimpressão não foi possível torná-los realidade. O Instituto de Medicina Regenerativa foi o primeiro a criar blocos de construção sintéticos para o crescimento de uma bexiga humana usando impressão 3D. Porém, o primeiro selo apareceu apenas na década de 2000.

Primeira impressora de bioimpressão 3D: Organovo

A Organovo foi a primeira empresa a começar a imprimir órgãos humanos em 2010. Hoje, os especialistas da empresa estão tentando ativamente criar amostras de fígado, mas ainda não podem ser usadas para transplante. A impressão 3D de órgãos é mais complexa do que os dispositivos convencionais de impressão 3D, mas estes dois processos têm muitas características comuns:

• Cartuchos e cabeças de impressão são usados,
• Biomaterial é usado em vez de tinta,
• A formação do órgão é realizada camada por camada sobre uma superfície de trabalho especial.

Porém, antes da impressão, cada peça passa por uma série de verificações. Para começar, o próprio paciente é submetido a procedimentos de tomografia computadorizada e ressonância magnética. Os resultados obtidos são processados ​​​​por computador, após o qual é criado um layout - é este que é utilizado na impressora para determinar os locais e métodos de aplicação das células. As impressoras biológicas funcionam a partir de células humanas do órgão cuja síntese é realizada, ou a partir de células-tronco. A estrutura integral do órgão é obtida graças a uma substância de fixação especial contida no cartucho.

Imediatamente após a conclusão da impressão, o órgão criado é colocado em condições especiais em uma incubadora - isso é necessário para que as células comecem a se dividir e sincronizar para trabalharem juntas.

Quais são os problemas?

A bioimpressora Organovo para impressão de órgãos humanos é um dispositivo moderno e com grande futuro. No entanto, existem vários problemas associados a este processo difícil e demorado:

1. Há escassez de material que possa ser usado para produzir órgãos humanos.
2. A dificuldade está na germinação das células fora do corpo humano: nossos órgãos são muito complexos, por isso é muito difícil estabelecer o funcionamento de um órgão artificial.
3. Capacidades técnicas limitadas. Em primeiro lugar, faltam equipamentos potentes e de alta qualidade que nos permitam criar órgãos humanos o mais naturais possível. Em segundo lugar, é muito difícil fazer com que as células funcionem de forma coerente, uma vez que também é necessária a produção de vasos sanguíneos - são eles que contribuem para o bom funcionamento dos órgãos. A propósito, os primeiros modelos de vasos sanguíneos já foram produzidos na Universidade Brigham Young. Para criá-los, foi utilizada agarose polissacarídica linear.

Recursos da impressora 3D biológica

– o processo não é fácil, por isso o próprio aparelho possui uma série de recursos. O bom da bioimpressora é que ela funciona sem a utilização de base de apoio. Organovo funciona com base em células-tronco, obtidas da medula óssea. São essas células que se formam em pequenas gotículas com diâmetros de 100 a 500 mícrons, que mantêm bem seu formato e permitem uma impressão de alta qualidade. A essência desse processo é a seguinte: o primeiro cabeçote de impressão distribui as gotas com células na sequência desejada e o segundo pulveriza a base de suporte. Para tanto, utiliza-se um hidrogel à base de açúcar de confeiteiro, que não interage com as células. Após a conclusão da impressão, a estrutura resultante é deixada por alguns dias para permitir que as gotas adiram umas às outras.

Possível com a utilização de outros materiais e bases de apoio. Por exemplo, as células do fígado podem ser aplicadas a uma base previamente preparada na forma deste órgão.

Quais são as perspectivas?

As tecnologias de impressão 3D são muito populares hoje em dia, inclusive na área de criação de órgãos humanos. No entanto, imprimir órgãos em uma impressora ainda apresenta vários problemas. Digamos que o fígado criado pela Organovo fosse completamente idêntico ao humano e desempenhasse todas as suas funções, mas o órgão sintetizado conseguiu sobreviver por cerca de 40 dias. Não faz muito tempo, válvulas e veias cardíacas foram criadas por meio de impressão 3D, mas ainda não é possível imprimir um coração completo. Hoje fala-se cada vez mais sobre a criação de rins 3D que poderiam ser transplantados para humanos.

Os cientistas da Organovo acreditam que é possível criar órgãos sem uma estrutura de suporte, uma vez que as células vivas podem se auto-organizar. No entanto, observam que a impressão 3D de órgãos tem quatro níveis de complexidade:

1. As mais fáceis de imprimir são estruturas planas feitas de um tipo de célula, como a pele.
2. O segundo mais complexo são as estruturas tubulares, como os vasos sanguíneos.
3. No terceiro nível de dificuldade existem órgãos ocos (bexiga ou estômago).
4. E os órgãos mais difíceis de imprimir são o fígado, os rins e o coração.

Além disso, a tecnologia de impressão de órgãos 3D pode ser usada em outras áreas. Por exemplo, ossos podem ser criados por meio de digitalização 3D para restaurar a mobilidade de uma pessoa. A impressora biológica permite criar estruturas de sustentação do esqueleto: isso contribui para a rápida cicatrização dos pacientes. Os medicamentos podem ser testados em órgãos impressos em 3D para determinar seus efeitos colaterais.

“Será que eles finalmente imprimirão novos órgãos para nós?” - essa pergunta estranha hoje em dia já está no ar. Então, informamos: eles vão imprimir. Mas agora não. Não tão cedo. Embora a Rússia já esteja desenvolvendo bioimpressoras, que no futuro serão usadas para imprimir “peças sobressalentes” para humanos, e biopapel para tais dispositivos.

Um desses “pontos de crescimento” domésticos é o laboratório de engenharia de tecidos do Instituto de Biofísica Teórica e Experimental (ITEB RAS), localizado na cidade científica de Pushchino, perto de Moscou.

"Pedaços de açúcar" e uma mandíbula feita deles

O que significa o termo “engenharia de tecidos” e de onde ele veio?

Antes de fazer novos rins e corações do zero (o que ainda não sabemos fazer), a medicina teve que dominar duas tarefas mais simples. Primeiro, aprenda a reproduzir tecidos duros - ossos. E em segundo lugar, aprenda a recriar grandes pedaços de tecido para “remendar” lesões graves.

Isso está indo muito bem até agora. Em ambos os casos, são utilizados “materiais biodegradáveis”. Eles não permanecem no corpo para sempre, mas formam a base sobre a qual as células-tronco humanas restauram gradualmente os tecidos. Neste caso, o próprio “patch” simplesmente se dissolve.

Em primeiro lugar, foi mostrado aos correspondentes do MIR 24 algo semelhante a “pedaços de açúcar” em frascos. Acontece que estas são reservas de materiais ou preparações a partir das quais um substituto ósseo é formado em humanos. A “matéria branca” pode ser osso natural ou polímeros sintéticos, como polilactídeos e poliglicólidos.

O tecido ósseo impresso sob controle computacional em impressora 3D pode, em sua estrutura, recriar completamente um fragmento ósseo perdido ou criar outras estruturas adequadas para garantir o processo de sua restauração.

“As capacidades da bioimpressão 3D tornaram possível, por exemplo, substituir uma mandíbula humana removida devido a um tumor cancerígeno”, diz Irina Selezneva, chefe do laboratório de crescimento de células e tecidos. “Antes de retirá-lo, eles fizeram uma tomografia e, usando um modelo computacional, reconstruíram e imprimiram a moldura do órgão, que foi então povoada com células-tronco do próprio paciente e repôs a perda”.

Com a reprodução dos tecidos moles a situação é mais complicada. No entanto, nos últimos dez anos, os cientistas fizeram progressos significativos nesta direção.

Do que é feito o “biopapel”?

A essência do método de “bioimpressão”, neste caso, é que o futuro órgão é formado por dois componentes principais: células vivas e uma “matriz” que simula as condições do ambiente intercelular e do tecido conjuntivo.

A fonte de células pode ser células-tronco do doador ou da própria pessoa, isoladas, por exemplo, da gordura ou da medula óssea. Eles podem ser convertidos em vários tipos de células e tecidos sob a influência de substâncias biologicamente ativas.

Os chefes do laboratório de engenharia de tecidos, professor Vladimir Akatov e Irina Selezneva falam sobre a criação de novos materiais bioativos que podem ativar as capacidades regenerativas do próprio corpo sem células trazidas de fora. O principal é criar condições para a migração e crescimento das próprias células-tronco de uma pessoa e a formação de tecidos por elas.

Os cientistas chamam de “biopapel para bioimpressora” um ambiente artificial no qual células vivas de futuros órgãos podem crescer. É formado a partir de proteínas, polissacarídeos e outras substâncias bioativas e é um hidrogel que pode ser inserido em uma bioimpressora junto com as células, ou um filme fino no qual as células podem ser impressas.

“Estudamos esses géis em interação com as células”, explica a pesquisadora sênior Galina Davydova. “Estamos estudando como criar uma composição para que, após a polimerização, o hidrogel forneça as características mecânicas da estrutura e as condições de vida para os furos neles contidos.”

Galina Anatolyevna coloca proteína de colágeno em uma seringa e polissacarídeo (metilcelulose) em outra. E pinga de ambas as seringas para a placa de Petri. Ocorre uma reação, como resultado da formação de uma “espuma” ou filme disforme no copo. Assemelha-se relativamente ao papel - no entanto, algo como um pedaço de papel de parede em relevo ou linkcrust. Este gel “polimeriza”.

Aqui está um protótipo do “substrato” onde as células dos futuros órgãos crescerão camada por camada. Será capaz de formar estruturas volumétricas tridimensionais desses órgãos e, então, tendo desempenhado seu papel, se resolverá no corpo. Até agora não parece nada impressionante.

Todas as impressoras precisam de papel

No entanto, os residentes de Pushchino têm parceiros bastante respeitáveis. “Em nosso país existem dois líderes em bioimpressão, um tanto diferentes em abordagens e hardware”, disse Irina Ivanovna Selezneva. “Um deles é Vladimir Mironov, chefe de soluções de bioimpressão 3D e professor da Universidade da Virgínia.”

A tecnologia de Mironov é semelhante a uma “impressora jato de tinta”, quando, sob controle computacional, jatos de diferentes seringas se misturam, formando um tecido sobre um substrato. “Esferoides celulares, agregados de células que têm a capacidade de se fundirem, formando os mesmos capilares e outras estruturas e tecidos, são usados ​​como tinta”, observou Selezneva.

Outro líder é Boris Chichkov, professor da Universidade de Hannover. Leibniz e chefe do laboratório de nanoengenharia laser do Instituto de Laser e Tecnologias da Informação da Academia Russa de Ciências em Troitsk.

“Vamos chamar isso de bioimpressão a laser”, disse Selezneva. - Pulsos de laser de femtosegundo muito curtos permitem que o material seja reticulado passo a passo, definindo a forma de matriz desejada sob controle de computador com precisão nanométrica. Esses mesmos pulsos de laser são capazes de transferir até mesmo células individuais de uma superfície para outra, que ao mesmo tempo mantêm sua viabilidade.”

As tecnologias de bioimpressão diferem, mas em ambos os casos é impossível prescindir de uma matriz que forneça um microambiente adequado para a vida celular e a formação de tecidos. Em Pushchino estão desenvolvendo “papel” para impressoras jato de tinta e laser, adaptando as características dos hidrogéis às características da tecnologia de bioimpressão.

Em princípio, usando métodos de bioimpressão num futuro distante, poderá ser possível montar um órgão, como um quebra-cabeça, a partir de células individuais e de uma matriz. E num futuro próximo, pedaços de tecido impressos desta forma se tornarão um novo modelo para testar novos medicamentos.

A tarefa mais importante que os cientistas definiram para o futuro é aprender como fazer crescer tecido diretamente na área danificada. Depois, em vez de uma impressora volumosa, será utilizada uma ferramenta como uma pistola, a partir da qual serão aplicados elementos de hidrogel com células no corpo do paciente, que se polimerizarão diretamente na pessoa, formando novo tecido.

Recentemente, a revista britânica The Economist publicou um artigo interessante sobre uma bioimpressora que será usada para imprimir órgãos humanos!

Os cirurgiões que realizam transplantes de órgãos humanos esperam que um dia possam obter todos os órgãos necessários para um transplante a qualquer momento. Atualmente, um paciente pode passar vários meses, e possivelmente anos, esperando por um órgão de um paciente adequado. Durante esse período, sua condição pode piorar. Ele pode até morrer. Graças aos órgãos artificiais, seria possível não só aliviar o sofrimento dos pacientes, mas também salvar vidas humanas. Agora, com o advento da primeira bioimpressora 3D comercial, essa possibilidade pode se tornar realidade.

Criação de uma bioimpressora

A impressora de US$ 200 mil foi desenvolvida por meio de uma colaboração entre duas empresas: a Organovo, com sede em San Diego, especializada em medicina regenerativa, e a empresa de engenharia Invetech, com sede em Melbourne. Um dos fundadores da Organovo, Gabor Forzak, desenvolveu o protótipo no qual se baseia a nova impressora 3D. As primeiras amostras funcionais da impressora serão entregues em breve a grupos de pesquisa que, como o Dr. Forjak, estão estudando formas de criar tecidos e órgãos artificiais. Atualmente, a maior parte desse trabalho é feita manualmente usando dispositivos existentes.

Segundo Keith Murphy, diretor da Organovo, a princípio serão criados apenas tecidos simples, como pele, músculos e pequenas áreas de vasos sanguíneos. No entanto, imediatamente após a conclusão do teste das amostras de teste, a produção de vasos sanguíneos começará para operações quando for necessário “dispor” novos vasos para que o fluxo sanguíneo contorne os danificados. Com mais pesquisas, será possível produzir órgãos mais complexos. Como as máquinas são capazes de imprimir redes de vasos ramificados, seria possível, por exemplo, criar redes de vasos sanguíneos necessários para fornecer sangue a órgãos produzidos artificialmente como o fígado, os rins e o coração.

História do desenvolvimento da bioimpressão

A bioimpressora 3D, produzida pela Organovo, utiliza o mesmo princípio de funcionamento das impressoras 3D “normais”. As impressoras 3D funcionam de forma semelhante às impressoras jato de tinta normais, mas imprimem o modelo em três dimensões. Essas impressoras pulverizam gotículas de polímero que se fundem para formar uma estrutura única. Assim, a cada passagem, a cabeça de impressão cria uma pequena linha de polímero no objeto. Com isso, passo a passo, o objeto vai ganhando sua forma final. As cavidades em um objeto complexo são sustentadas por “estágios” feitos de materiais especiais solúveis em água. Esses andaimes são lavados após a conclusão do projeto.

Os pesquisadores descobriram que uma abordagem semelhante pode ser aplicada a materiais biológicos! Se você colocar pequenas seções de células próximas umas das outras, elas começarão a “fundir-se”. Atualmente estão sendo exploradas uma série de tecnologias que tornariam possível criar órgãos humanos a partir de células individuais, como a tecnologia de “bombear” células musculares usando pequenas máquinas.

Apesar de a indústria de impressão de órgãos humanos estar apenas no início, os cientistas já podem orgulhar-se de exemplos bem-sucedidos de criação de órgãos humanos a partir do zero. Assim, em 2006, Anthony Atala, juntamente com seus colegas do Instituto Wake Forest de Medicina Regenerativa, na Carolina do Norte, EUA, criaram bexigas para sete pacientes. Todos eles ainda estão funcionando.

O processo de criação da bexiga ocorreu da seguinte forma. Primeiro, o médico coletou uma pequena amostra do tecido da bexiga do paciente (para evitar que o sistema imunológico rejeitasse o órgão recém-criado). As células resultantes foram então aplicadas a uma bexiga biológica, que era uma base de suporte em forma de bexiga aquecida à temperatura do corpo humano. As células aplicadas começaram a crescer e se dividir. Após 6-8 semanas, a bexiga estava pronta para implantação no paciente.

A vantagem de utilizar uma bioimpressora é que ela não necessita de base de suporte (“andaime”) para funcionar. A máquina Organovo utiliza células-tronco obtidas da medula óssea. Quaisquer outras células podem ser obtidas a partir de células-tronco usando vários fatores de crescimento. 10-30 mil dessas células são formadas em pequenas gotículas com diâmetro de 100-500 mícrons. Essas gotas mantêm bem sua forma e são perfeitas para impressão.

Assim, o primeiro cabeçote de impressão organiza as gotas com células na ordem desejada. A segunda cabeça é usada para pulverizar a base de suporte, um hidrogel à base de açúcar que não interage nem adere às células. Terminada a impressão, a estrutura resultante é deixada por um a dois dias para permitir que as gotas se “fundam” umas com as outras. Para criar estruturas tubulares, como vasos sanguíneos, primeiro é aplicado um hidrogel (dentro e fora da futura estrutura). Depois disso, as células são adicionadas. Uma vez formado o órgão, o hidrogel é retirado por fora (como a casca de uma laranja) e puxado por dentro como um pedaço de corda.

Outros tipos de células e bases de suporte podem ser utilizadas em bioimpressoras. Assim, de acordo com Murphy, as células do fígado podem ser aplicadas a uma base pré-formada em forma de fígado, ou camadas de tecido conjuntivo podem ser formadas para criar um dente. Ao mesmo tempo, a nova impressora tem dimensões tão modestas que pode ser colocada com segurança num armário biológico para proporcionar um ambiente estéril durante o processo de impressão.

Alguns pesquisadores acreditam que máquinas como essa poderão um dia imprimir tecidos e órgãos diretamente no corpo humano! E, de fato, o Dr. Atala está agora trabalhando em uma impressora que, após escanear a área do corpo onde é necessário o enxerto de pele, será capaz de imprimir a pele diretamente no corpo humano! Em relação aos órgãos maiores, o Dr. Forjac acredita que eles podem assumir diferentes formas, pelo menos inicialmente. Por exemplo, para purificar o sangue, um rim artificial não precisa se parecer com um rim real ou funcionar completamente como ele. As pessoas que estão à espera de órgãos provavelmente não se preocuparão muito com a aparência dos novos órgãos. O principal é que funcionem e as pessoas se sintam melhor.

Os cientistas estão “doentes” há muito tempo com a ideia de cultivar órgãos em laboratórios, mas a ciência conseguiu alcançar avanços e conquistas significativas nesta pesquisa apenas no final dos anos 90 do século passado, quando a bioimpressão atraiu a atenção de todos. De acordo com o Engadget, isso se deve aos cientistas do Instituto Wake Forest de Medicina Regenerativa, que foram os primeiros a ter a ideia, criando blocos de construção sintéticos impressos em 3D necessários para o crescimento da bexiga humana. Como observa a fonte, esses cientistas não imprimiram bexigas. Somente no início dos anos 2000 é que o bioengenheiro Thomas Boland, da Universidade Clemson, começou a modificar impressoras de tinta convencionais para usar tintas biológicas e criar objetos tridimensionais a partir delas.

Em 2010, surgiu uma das primeiras empresas de bioimpressão do mundo. Tornou-se Organovo. A Organovo aprendeu agora a imprimir e está a utilizá-la para testar novos medicamentos e realizar novas pesquisas. A empresa espera ser capaz de criar um fígado totalmente funcional num futuro próximo. Ela trabalhou muito para atingir esse objetivo, mas ainda não está pronta para o empurrão final.

Como funciona?

Sejamos claros aqui: embora haja uma enorme diferença de complexidade entre a impressão de órgãos e a impressão de objetos plásticos comuns, ambos os processos são bastante semelhantes entre si. Ambas utilizam cartuchos e cabeçotes de impressão especiais que disparam tinta (ou material biológico), depositando-a camada por camada em uma plataforma. No entanto, ambos os sistemas têm várias diferenças importantes:

• Todos nós sabemos como é a maioria dos nossos órgãos, mas para poder recriá-los, os cientistas devem primeiro realizar uma tomografia computadorizada ou ressonância magnética em cada paciente individual. Em seguida, os dados obtidos são processados ​​em um computador e é criado um layout, que serve como dica de onde e como as células devem ser aplicadas camada por camada.
• Em vez de plástico PVC ou metal, as bioimpressoras usam células humanas do órgão para serem produzidas como tinta. Estas células são utilizadas com um agente de ligação especial que permite a criação de uma estrutura coesa. Além de utilizar células de órgãos específicos, as bioimpressoras também podem utilizar células-tronco, materiais de bioengenharia (como o polímero alginato, anteriormente utilizado, por exemplo, para produzir tecido valvular aórtico) e outras substâncias que não serão rejeitadas pelo corpo humano. Por exemplo, em 2012, uma mandíbula de titânio foi criada usando uma impressora 3D, que foi posteriormente implantada com sucesso em uma mulher de 83 anos. E desde 2013, um homem com.
• Depois que os cientistas imprimem uma amostra, ela deve ser colocada em condições especiais de incubação para que as células possam se dividir e trabalhar juntas, como é o caso dos órgãos vivos reais.

E é esta última parte do processo que é em grande parte a razão pela qual ainda não vemos máquinas nos nossos hospitais a produzir órgãos humanos de substituição.

Qual é o problema?

Segundo o Dr. Anthony Atala (líder da equipe de bexiga de Wake Forest), o problema é multifacetado. O primeiro aspecto é a dificuldade de encontrar materiais que possam ser usados ​​para produzir partes do corpo e fazê-las crescer adequadamente fora do corpo. Você não pode simplesmente costurar um órgão recém-impresso em uma pessoa. Como mencionado acima, os órgãos reais são mecanismos incrivelmente complexos. E se simplesmente forçarmos a divisão das células das cópias impressas desses órgãos, isso não significa de forma alguma que essas células funcionarão conforme o esperado. Hod Lipson, bioengenheiro da Universidade Cornell, comenta o problema:

“É claro que você pode simplesmente conectar as células do tecido cardíaco da maneira certa e no lugar certo, mas onde está o botão para ligá-las? A magia em si está no processo de impressão.”

Lipson ressalta ainda que ainda não existe um software poderoso o suficiente para criar modelos de órgãos ideais e mais precisos. Mas esta etapa é a mais importante antes que os cientistas comecem diretamente à impressão em si.

Além das dificuldades na criação de órgãos impressos em 3D cujas células se comportem como reais, os cientistas encontraram dificuldades na reprodução dos vasos sanguíneos. Os órgãos precisam de artérias, veias e capilares para movimentar o sangue através deles e fornecer nutrientes que os mantêm vivos e saudáveis. Porém, devido ao seu comprimento, espessura e formato, todas essas coisas são muito difíceis de imprimir.

No entanto, ninguém está dizendo que os cientistas não estão tentando resolver este problema. Em junho deste ano, por exemplo, uma equipe de pesquisadores da Universidade Brigham Young usou o polissacarídeo linear agarose para produzir um modelo de vaso sanguíneo. Cientistas do Instituto Frauhofer também realizam pesquisas nessa direção desde 2011. A professora de Harvard, Jennifer Lewis, está trabalhando na questão da impressão de órgãos que já teriam canais especiais para a circulação de sangue e nutrientes através deles.

O futuro da impressão de órgãos 3D

Durante todo o tempo em que trabalhou nestas questões, a ciência ainda conseguiu obter sucesso pelo menos parcial na impressão de órgãos. Parcial porque a maioria dos órgãos obtidos não funcionavam ou sobreviveram apenas alguns dias. Por exemplo, a mesma empresa Organovo criou um fígado humano em miniatura que poderia realmente funcionar como um fígado real, exceto por um problema - não poderia funcionar por mais de 40 dias. Ou vejamos os cientistas do , que imprimiram com sucesso válvulas cardíacas e pequenas veias em abril deste ano. Os cientistas desta instituição esperam um dia criar um coração totalmente funcional. Não nos esqueçamos dos bioengenheiros de , que criaram um ouvido humano artificial (funcionando perfeitamente, aliás) a partir de células vivas e um gel especial.

Segundo Atala, aproximadamente 90% dos pacientes na lista de espera para transplante de órgãos estão na lista de espera para novos rins. Talvez estas estatísticas sombrias tenham estimulado e levado ainda mais os cientistas chineses a desenvolver pequenos rins impressos, mas que, infelizmente, só conseguem permanecer vivos e funcionais durante quatro meses. Atala também está procurando maneiras de imprimir rins em 3D. Em uma de suas últimas aparições públicas na conferência médica e tecnológica TED, ele até mostrou um modelo não funcional deste órgão recriado (você pode vê-lo no vídeo abaixo).

Durante a mesma apresentação, Atala contou a história de um transplante de bexiga cultivado em laboratório. Ele falou sobre o futuro da medicina, onde scanners especiais estudarão a profundidade e a complexidade das lesões e depois imprimirão novos tecidos diretamente no paciente. Contudo, para alcançar este futuro, em que não faltam novos órgãos e quem deles precisa pode comprá-los, o conhecimento sobre a bioimpressão de tecidos e órgãos deve ocupar firmemente o seu lugar nas escolas médicas, faculdades, institutos e universidades.

A bioimpressão é uma das áreas mais revolucionárias da impressão 3D. O futuro da medicina depende do desenvolvimento desta tecnologia.

O que significa a palavra “bioimpressão”?

Hoje, impressoras 3D estão sendo desenvolvidas ativamente para imprimir produtos alimentícios - chocolate, açúcar, geleia, etc. Ao mesmo tempo, outra direção está se desenvolvendo - os cientistas estão tentando cultivar carne ou fibra com base em algas em laboratório. A bioimpressão fica em algum lugar entre essas abordagens – entre a genética e a impressão 3D.

As tecnologias 3D já influenciaram o desenvolvimento de implantes médicos. Hoje, os médicos calculam os transplantes ideais para o paciente escaneando em 3D a área danificada, criando um modelo 3D e imprimindo-o em uma impressora 3D.

Mas a medicina, por sua vez, também influenciou a jovem indústria de impressão 3D: estão sendo criados novos materiais para impressoras - com hipoalergenicidade, alta biocompatibilidade e baixa rejeição. Via de regra, trata-se de cerâmica ou plástico biocompatível especial.

Selo de órgão

Os órgãos são diferentes - alguns são mais fáceis de imprimir, outros mais difíceis. Vamos começar com processos mais simples e passar para os mais complexos:

1. Estruturas planas, geralmente com um ou dois tipos de células, ou seja, criação de pele humana para transplante em áreas danificadas, como queimaduras;
2. Estruturas tubulares, principalmente com dois tipos de células, para criar vasos sanguíneos;
3. Órgãos ocos. Surgem dificuldades no estômago ou na bexiga, quando desempenham funções complexas e interagem com outros órgãos.
4. Órgãos funcionais que consistem em muitos tipos de células que interagem entre si de maneiras complexas. Em primeiro lugar, são o coração, o fígado e os rins.

A medicina regenerativa já provou que pode implantar com sucesso versões cultivadas em laboratório dos três primeiros tipos de órgãos. Os pesquisadores esperam que, à medida que a indústria de impressão 3D se desenvolva, os transplantes de órgãos possam ser produzidos em massa.

Até o momento, foram implantadas pele, bexigas e traqueias cultivadas em laboratório – partes do corpo cultivadas lentamente através de uma combinação de estruturas artificiais e células humanas vivas. As tecnologias de impressão 3D oferecem maior velocidade e precisão computacional na formação de uma camada de células vivas.

Criar órgãos complexos usando uma impressora 3D continua sendo uma fantasia por enquanto. Ninguém ainda conseguiu imprimir um coração ou um fígado a partir das células de um paciente, embora os primeiros passos cuidadosos já tenham sido dados: tecnologias 3D são usadas para criar pequenos pedaços de órgãos.

Como os órgãos são impressos

Suportes artificiais são criados para o crescimento de órgãos. Eles têm formato idêntico ao do próprio órgão. Células vivas são semeadas em sua superfície.

Usando este método, bexigas artificiais foram cultivadas para as primeiras implantações em pacientes em 1999. Mais de 10 anos se passaram, as impressoras 3D tornaram-se mais avançadas e agora podem imprimir suportes artificiais e células vivas ao mesmo tempo.

Alguns laboratórios prevêem que em breve será possível prescindir de suportes artificiais, aproveitando a tendência das células vivas para se “auto-organizarem”. O material de suporte acabará por se dissolver simplesmente (para o qual pode ser utilizado um hidrogel, uma composição aquosa viscosa), sem afetar as células vivas, mas deixando a estrutura original do tecido numa determinada posição. O problema é a resistência e integridade da estrutura criada.

Cientistas da Organovo estão experimentando a criação de pequenos pedaços de fígado para atuarem como blocos de construção. As impressoras 3D da empresa já conseguem organizar os blocos em camadas, permitindo que as células vivas cresçam juntas. As células-tronco de um paciente podem fornecer material para a impressão 3D de um órgão que o corpo não rejeitará.

Problemas existentes

A capacidade de imprimir órgãos funcionais em tamanho real depende de os cientistas conseguirem criar vasos sanguíneos completos. Os vasos fornecerão aos órgãos sangue rico em nutrientes e oxigênio, o que manterá o tecido saudável. Até agora, nenhum laboratório conseguiu criar órgãos impressos em 3D com uma rede de vasos sanguíneos.

A Organovo está experimentando a impressão 3D de vasos sanguíneos com 1 mm ou mais de diâmetro. Eles foram capazes de construir tecidos contendo minúsculos vasos sanguíneos medindo 50 mícrons de tamanho. Isso é suficiente para sustentar um fragmento de órgão com um milímetro de espessura.

Mesmo as melhores impressoras 3D não conseguem criar sistemas na menor escala para a construção de vasos sanguíneos e órgãos. Muitos pesquisadores acreditam que a solução está em estudar a tendência das células vivas de se auto-organizarem. Isso permitirá que o tecido seja impresso em dezenas ou centenas de mícrons, e então as células se desenvolverão de forma independente e se organizarão corretamente.

Perspectivas para bioimpressão

Então, o que é bioimpressão? Esta é uma indústria que salvará a vida de milhões de pessoas no futuro, através da criação de implantes e órgãos personalizados. Segundo os pesquisadores, isso acontecerá em 10 a 15 anos.

Atualmente estão sendo criados pequenos fragmentos do coração, fígado e rins. Eles são usados ​​para testar todos os tipos de drogas ou os efeitos de doenças e substâncias tóxicas nos tecidos.