IMAGE: Corpos embrionários artificiais com características diferentes que foram feitos usando impressão 3D. ver mais
Crédito: SUTD
Todos os humanos partem de uma única célula que depois se divide para eventualmente formar o embrião. Dependendo dos sinais enviados pelas suas células adjacentes, estas células divididas são então desenvolvidas ou diferenciadas em tecidos ou órgãos específicos.
Na medicina regenerativa, controlar essa diferenciação no laboratório é crucial, pois as células estaminais podem ser diferenciadas para permitir o crescimento de órgãos in vitro e substituir as células adultas danificadas, particularmente aquelas com capacidades de replicação muito limitadas, como o cérebro ou o coração.
Uma abordagem comum que os cientistas adoptam quando diferenciam as células estaminais é através da utilização de estimuladores químicos. Embora este método seja muito eficiente para fazer um único tipo de células, falta-lhe a capacidade de reproduzir a complexidade dos organismos vivos, onde vários tipos de células coexistem e colaboram para formar um órgão.
Alternativamente, inspirado no processo natural de desenvolvimento celular, outro método envolve o empacotamento de células-tronco em pequenos agregados celulares, ou esferas chamadas corpos embrionários. Semelhante aos embriões reais, a interação célula-célula em corpos embrionários é o principal motor da diferenciação. A partir da produção destes corpos embrionários, verificou-se que parâmetros como o número de células, tamanho e esfericidade do corpo embrionário influenciaram os tipos de células que são produzidas.
No entanto, como os cientistas não foram capazes de controlar esses parâmetros, tiveram de produzir laboriosamente um grande número de corpos embrionários e seleccionar os específicos com características adequadas para serem estudados.
Para enfrentar este desafio, pesquisadores da Universidade de Tecnologia e Design de Singapura (SUTD) voltaram-se para a fabricação de aditivos para controlar a diferenciação de células-tronco em corpos embrionários. O seu estudo de investigação foi publicado em Bioprinting.
Adotando uma abordagem multidisciplinar, combinando os domínios de investigação da produção 3D e das ciências da vida, o estudante de doutoramento Rupambika Das e o professor assistente Javier G. Fernandez 3D imprimiram vários dispositivos físicos em micro-escala com geometrias afinadas. Utilizaram os dispositivos para demonstrar uma precisão sem precedentes na diferenciação dirigida das células estaminais através da formação de corpos embrionários (consulte a imagem). No seu estudo, regulamentaram com sucesso os parâmetros para melhorar a produção de cardiomiócitos, células que se encontram no coração.
“O campo da fabricação de aditivos está evoluindo a um ritmo inigualável. Estamos vendo níveis de precisão, velocidade e custo que eram inconcebíveis há apenas alguns anos. O que temos demonstrado é que a impressão em 3D atingiu agora o ponto de precisão geométrica onde é capaz de controlar o resultado da diferenciação das células estaminais. E, ao fazê-lo, estamos impulsionando a medicina regenerativa para avançar ainda mais junto com a taxa acelerada da indústria de fabricação de aditivos”, disse o principal investigador assistente do Professor Javier G. Fernandez do SUTD.
“O uso da impressão 3D em biologia tem sido fortemente focado na impressão de tecidos artificiais usando células carregadas de células, para construir órgãos artificiais ‘peça por peça’. Agora, temos demonstrado que a impressão 3D tem potencial para ser usada numa abordagem de inspiração biológica, na qual podemos controlar as células para crescerem num laboratório tal como crescem in vivo”, acrescentou o primeiro autor Rupambika Das, estudante de doutoramento do SUTD.