Passo a passo, Pankaj Karande tem feito progressos constantes na criação de enxertos de pele que estão muito mais próximos do que o próprio corpo humano produz e mais susceptíveis de serem integrados e aceites pelo corpo de um paciente.
No desenvolvimento mais recente discutido em um artigo na Tissue Engineering, Karande, professor associado de engenharia química e biológica no Rensselaer Polytechnic Institute, e a equipe em seu laboratório na Rensselaer, colaborando com a Yale School of Medicine, desenvolveram uma forma de usar a impressão 3D para incorporar vasos sanguíneos na pele viva que eles produzem. “Isso foi um grande avanço”, disse Karande.
Skin Bioprinting
Os vasos sanguíneos são críticos para que a pele bioimpressa sobreviva. Foto: Instituto Politécnico Rensselaer Na última década, a bioimpressão 3D tem desempenhado um papel importante no avanço do campo da engenharia da pele. Karande publicou um dos primeiros trabalhos no campo mostrando que os pesquisadores poderiam fazer uma bio-impressão a partir de dois tipos de células humanas vivas e usar uma impressora 3D para produzir uma estrutura semelhante à pele. O procedimento tradicional para fazer pele era pegar células, misturá-las com colágeno e espalhá-las em camadas finas.
“Você pode gostar de espalhar geléia num pedaço de pão em camadas”, disse ele, acrescentando que é muito difícil fazê-lo manualmente, porque você está trabalhando com dezenas ou centenas de mícrons que precisam estar perto das outras células para interação normal.
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3D printing has allowed precise placement and arrangement of the cells in three dimensions on a very small scale-this material that can be 10 times more thinner than a human hair. “Esse tem sido o grande avanço que a impressão 3D permitiu na engenharia de tecidos moles”, disse Karande.
Embora esse tenha sido um “grande avanço”, há alguns anos a equipe percebeu que para os enxertos sobreviverem nos pacientes, os vasos sanguíneos são muito críticos. Naquela época, muito trabalho estava sendo feito para combinar células endoteliais e outras para tentar formar vasos sanguíneos, mas os métodos disponíveis não estavam funcionando.
Incorporating Blood Vessels
A equipe de Karande decidiu tentar colocar células, que ajudam a formar vasos sanguíneos em um ambiente onde “as células são felizes, de modo que elas se multiplicam, crescem e começam a formar o vaso sanguíneo”.
O teste final foi: Quando colocado num osso, o vaso sanguíneo liga-se realmente com o vaso sanguíneo do hospedeiro? “No laboratório, podemos manter o enxerto vivo, dando-lhe nutrientes, mas uma vez colocado no osso, ele precisa dos nutrientes do hospedeiro”, disse Karande.
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A pele que a equipe Rensselaer imprimiu foi enxertada em um tipo especial de mouse pela equipe de Yale. Logo a pele começou a se comunicar e a se conectar com os vasos do próprio mouse. “A integração com a ferida, o desenvolvimento dos vasos sanguíneos, as conexões com os vasos hospedeiros, a maturação do tecido na ferida foi para nós um grande passo em frente”, disse ele, explicando o processo em um pequeno vídeo.
Karande disse que o maior desafio era realmente otimizar o sistema como um todo depois de otimizar os passos ao longo do caminho. Tudo era igualmente importante: Desde colher células dos pacientes até isolá-las, tê-las mantendo suas propriedades biológicas, e depois conseguir que todos esses componentes cresçam para um bom número de células e densidade celular para fazer novos componentes, depois manter o enxerto vivo, certificar-se de que é estéril, suturá-lo na ferida de um animal e ainda mais.
“Cada uma dessas etapas exigiu muitos testes. Então foi um progresso incremental a cada passo, mas quando você soma todos esses passos, você tem um grande avanço”, disse ele.
CRISPR para um enxerto de pele melhor
O próximo grande passo será trabalhar em direção a um enxerto pré-fabricado universal que não será rejeitado pelo sistema imunológico de nenhum paciente. Personalizar um enxerto para cada indivíduo usando suas próprias células colhidas pode levar semanas ou até mais tempo que a maioria dos pacientes que precisam de um enxerto não tem.
Para criar um enxerto universal, os pesquisadores estão se preparando para trabalhar com o CRISPR, uma sofisticada tecnologia de edição de genes. Eles vão desligar esses marcadores nas células do enxerto, que dizem ao corpo que o enxerto é um objeto estranho que deve ser rejeitado.
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Adicionalmente, os testes de longo prazo ainda precisam ser feitos. A esperança é que, a curto prazo, o enxerto facilite a cicatrização da ferida e proporcione proteção, servindo como uma barreira natural. Então, com o tempo, as células do próprio corpo tomarão conta e repovoarão o local com as suas próprias células. Tipicamente, a pele humana regenera a cada 30 dias.
Após os primeiros passos bem sucedidos na criação de enxertos de pele viva, os bioengenheiros estão a preparar-se para criar um enxerto universal usando CRISPR. Foto: Rensselaer Polytechnic Institute Correntemente, intervenções terapêuticas para tratar qualquer tipo de lesão cutânea, especialmente quando pequenos pedaços de pele são feitos – como úlceras de pressão, pacientes diabéticos, ou vítimas de armas de fogo – recolhem a pele de outro local do corpo e a enxertam. Isto cria outra ferida que precisa de ser tratada.
Existem alguns produtos clínicos no mercado que contêm alguns factores de crescimento, mas são essencialmente o que Karande chama de “pensos rápidos chiques”, porque previnem a exposição da ferida ao ambiente. Sem nenhum sangue e nutrientes no enxerto, ele eventualmente cairá.
Para os pacientes queimados, ainda há mais trabalho a ser feito para lidar com a perda de terminações nervosas e vasculares.
“Como engenheiros trabalhando para recriar a biologia, sempre apreciamos e temos consciência do fato de que a biologia é muito mais complexa do que os simples sistemas que fazemos no laboratório”, disse Karande. “Ficamos agradavelmente surpreendidos ao descobrir que, uma vez que começamos a nos aproximar dessa complexidade, a biologia toma conta e começa a se aproximar cada vez mais do que existe na natureza”.
Nancy S. Giges é uma escritora de tecnologia baseada em Nova York.
Register Today for AM Medical: 27-28 de Maio de 2020, em Minneapolis, MN.