Contudo, o acesso a transplantes adequados, os aspectos éticos e uma grande variabilidade na segurança, qualidade e eficácia da doação e dos transplantes são problemas constantes e persistentes. A necessidade não satisfeita do paciente receptor e a insuficiência de transplantes (adequados) continuam originando dramas pessoais em todo o mundo. De acordo com as informações do Governo dos EUA relativas à Doação e Transplante de Órgãos, 109.000 homens, mulheres e crianças estão na lista de espera para transplante e, a cada 9 minutos, é adicionada uma nova pessoa a esta lista(1).

Imagine ser capaz de desenvolver um coração ou fígado de substituição que poderia ser usado em um transplante. Imagine as vidas que poderiam ser salvas e toda a felicidade que poderia ser proporcionada aos pacientes e a seus familiares e amigos. Esta é a ideia fundamental por trás da engenharia de tecidos, que está prestes a revolucionar a intervenção médica nos próximos anos. 

Assim, neste artigo examinaremos em que consiste a engenharia de tecidos e a bioimpressão 3D, e também analisar as várias funções importantes que a gelatina pode desempenhar em cada fase deste novo e interessante campo de pesquisa médica.

Bioimpressão em 3D de orgãos

O que é a engenharia de tecidos?

A engenharia de tecidos é a designação global da combinação de células e material de suporte, frequentemente designado de «scaffold». Também é possível usar moléculas biológicas ou estimulação mecânica com o objetivo de criar um ambiente favorável para as células, permitindo o suporte funcional e, finalmente, o transplante. Nos tecidos humanos, as células são suportadas por uma matriz extracelular complexa (ECM). Os colágenos são o principal elemento estrutural da ECM e oferecem resistência à tração, regulam a adesão celular, suportam a quimiotaxia, a migração celular e o desenvolvimento direto dos tecidos. As células interagem assim ativamente com a ECM através de vários receptores de superfície e estas interações podem ser extremamente importantes para manter as funções das células. Previsivelmente, a gelatina, como produto derivado do colágeno, pode desempenhar um papel importante na engenharia de tecidos, em várias etapas do processo.

Para criar uma construção em engenharia de tecidos, geralmente os cientistas passam por 3 etapas principais:

1. Normalmente, tudo começa com a cultura de expansão in vitro da célula relevante, quer sejam células tronco  células primárias isoladas ou linhas celulares, em recipientes de plástico para a cultura de tecidos. Dependendo da origem da célula, esta etapa pode apresentar alguns desafios, como problemas na adesão e/ou expansão das células (frequentemente primárias), ou até mesmo perda de função. Nesta fase, as gelatinas X-pure® da Rousselot podem ser usadas para revestir a superfície de cultura do tecido, dando às células motivos de reconhecimento celular para prevenir ou reduzir este tipo estes tipos de problemas. Adicionalmente, as gelatinas X-pure® da Rousselot têm níveis reduzidos de endotoxinas (<10 EU/g), como a LPS, que podem interferir com a diferenciação e expansão celular.

2. Uma vez atingido um número suficiente de células, estas são combinadas com um suporte ou «scaffold».O material do suporte é designado de biomaterial que deverá deverão ser biocompatível biocompatíveis e especificamente criados para finalidades terapêuticas ou de diagnóstico. As características pretendidas do biomaterial dependem muito do produto final previsto. As características desejadas são biocompatibilidade, interatividade celular, propriedades físico-químicas ajustáveis e biodegradabilidade. Dependendo do produto final específico, as células podem ser combinadas com o material através do cultivo celular no suporte ou através de encapsulamento no material, imitando o ambiente matriz extracelular das células.

Como produtos derivados do colágeno, as gelatinas são uma excelente escolha nesta fase, podendo desempenhar várias funções:

  • pode ser usada como revestimento de um material não-interativo para assim o tornar um melhor suporte celularAs gelatinas Rousselot X-pure® são uma excelente opção para esta finalidade (ver etapa de revestimento para expansão)
  • Como hidrogel reticulado, pode funcionar como «scaffold» ou como suporte.

Na Rousselot, disponibilizamos gelatinas X-pure® e gelatinas modificadas que podem ser reticuladas para hidrogéis para cultivo celular. Se o objetivo for a encapsulação, disponibilizamos X-pure® GelMA, uma gelatina purificada (níveis reduzidos de endotoxinas e ácido metacrílico) e modificada que permite uma reticulação biocompatível, que possibilita a encapsulação das células. Nossos produtos têm uma alta qualidade e reprodutibilidade, e possuem propriedades físico-químicas e taxas de degradação altamente ajustáveis, o que os torna uma excelente opção como material de suporte.

Gelatina para bioimpressão 3D

3. Após esta fase, a construção passa frequentemente por uma etapa de cultivo final. A etapa de cultivo pode ser feita em condições estáticas ou dinâmicas, dependendo da construção/tecido final previsto. Um dos objetivos é permitir que as células cresçam e formem um tecido, outro objetivo é permitir a diferenciação das células para que exerçam sua função final. Isto é feito, frequentemente, através da exposição da construção a estímulos mecânicos e/ou químicos. Quer seja em condições dinâmicas ou estáticas. A etapa final também garante que o tecido impresso tem integridade estrutural e funcional adequada para sobreviver ao transplante.

 

Geralmente, estas etapas de engenharia de tecidos levam a uma construção transplantável. Dependendo do objetivo final, isto varia desde desenvolver uma construção simples, oferecendo um suporte de transplante para um tipo de célula específica, até à criação de um tecido complexo totalmente funcional com vários tipos de células que tentam imitar a microarquitetura do tecido desejado. Quando se pretende maior complexidade e determinado nível de precisão, frequentemente os engenheiros de tecidos recorrem à bioimpressão 3D, uma parte muito especializada da engenharia de tecidos.

 

Qual a função da Bioimpressão 3D na engenharia de tecidos?

Provavelmente você já ouviu falar de «Impressão 3D», o processo de imprimir objetos físicos. Assim, em termos simples, a Bioimpressão 3D é o processo de imprimir partes biológicas, como tecidos e órgãos. Assim como na impressão 3D normal, a bioimpressão 3D começa com um modelo computadorizado que é impresso por camadas. Contudo, a diferença na bioimpressão 3D é o uso de células vivas e de biomateriais (como o metacrilato de gelatina) - GelMA) em vez de plástico.

Antes de iniciar a impressão de tecidos complexos, são selecionadas as condições ideias ideais da biotinta. A biotinta é uma combinação de biomaterial biocompatível e de tipo(s) específico(s) de células, dependendo do tecido de substituição previsto. A seleção e criação da biotinta é uma primeira etapa crucial e, tipicamente, necessita de afinação para as diferentes células/tecidos-alvo. O biomaterial selecionado deve ser biocompatível, possuir determinadas características mecânicas e permitir que as células integradas troquem nutrientes e oxigênio com seu ambiente. Por estas razões, os hidrogéis são particularmente adequados para impressão.

video sobre bioimpressão

Após uma primeira seleção de parâmetros, a biotinta é carregada para os tinteiros prontos para impressão. Com base nos parâmetros de design definidos no software, a impressora pode gerar a construção conforme determinado pelo modelo original. A complexidade pode variar desde a simples configuração de um cartucho com um tipo de biotinta até vários cartuchos com vários tipos de células e/ou combinações de biomaterial. Normalmente, o processo de impressão também exige alguma afinação e remete para os parâmetros de seleção da biotinta, para permitir uma biotinta que seja perfeita do ponto de vista da impressão e da biocompatibilidade celular.

Graças a sua versatilidade e propriedades físico-químicas ajustáveis, a gelatina permite o desenvolvimento de biotintas à base de gelatina de alta e baixa viscosidade. A gelificação pode ser controlada pela temperatura, o que facilita a otimização do fluxo durante a bioimpressão. Para criar hidrogéis bioimpressos com uma boa estabilidade mecânica em temperaturas fisiológicas em um processo de biodegrabilidade controlado ao longo do tempo, foi criada uma gelatina modificada com anidrido metacrílico, originando metacrilato de gelatina GelMA. A GelMA pode ser reticulada em condições controláveis através da adição de um reagente de reticulação. A GelMA é, provavelmente, a gelatina modificada mais usada e estudada para a bioimpressão. Foi demonstrada como sendo ideal como componente de biotinta, pois reduz a viscosidade e a gelificação, que podem afetar negativamente as estruturas impressas. Adicionalmente, é quimicamente semelhante à matriz extracelular, a estrutura natural do tecido nativo, o que significa que as células podem penetrar facilmente e se reorganizarem em uma estrutura viva. Para concluir, a GelMA é um biomaterial versátil que pode ser usado na bioimpressão para obter construções celulares biocompatíveis com alta resolução estrutural e forma, permitindo aos cientistas aproveitarem ao máximo suas propriedades únicas.

Resumindo, a bioimpressão 3D é uma nova e entusiasmante tecnologia que se tornou uma parte importante da engenharia de tecidos. Espera-se que, um dia, os cientistas sejam capazes de imprimir órgãos complexos, como corações e fígados, que poderão ser usados para salvar vidas e melhorar a qualidade de vida de pacientes afetados por patologias e lesões graves.

Por que usar produtos Rousselot para engenharia de tecidos?

Apesar de suas propriedades únicas, o uso de gelatinas e de GelMA pode ser dificultado pela presença de impurezas, como endotoxinas (lipopolissacarídeos) ou ácido metacrílico residual (MA). A presença destas impurezas pode afetar negativamente a qualidade da pesquisa. Quando usadas no corpo, podem originar inflamação dos tecidos, maior sensibilidade a outros alergênicos e, em casos extremos, até choque fatal. É importante selecionar biomateriais purificados, como gelatinas X-Pure® e gelatinas modificadas, especialmente criadas pela Rousselot para ultrapassar estes desafios.

 

X-Pure GelMA

As gelatinas X-pure® e a X-Pure® GelMA da Rousselot têm as seguintes vantagens:

  • Biocompatibilidade. É pouco provável Baixa probabilidade de ser que seja rejeitada pelo corpo.
  • Baixa antigenicidade. A gelatina purificada tem baixo teor de endotoxinas, o que significa que é pouco provável que cause uma reação imunitária.
  • Biodegrabilidade (ajustável). Isto significa que a gelatina pode ser naturalmente absorvida pelo corpo.
  • Propriedades Físico-Químicas ajustáveis. A gelatina pode ser modificada especificamente para um determinado leque de aplicações.  
  • Rentabilidade. A gelatina é abundante, o que significa que pode ajudar os engenheiros de tecidos a controlar os custos.
  • Um biomaterial de confiança com um longo historial. A gelatina, substância de base para a gama X-pure® da Rousselot, é usada há mais de um século em várias aplicações farmacêuticas, como cápsulas e aplicações médicas, como produtos hemostáticos e substitutos do plasma sanguíneo.
  • Cumpre as mais exigentes normas de segurança e conformidade. Ajuda a garantir a segurança global do tecido desenvolvido. 

OS PRODUTOS DA ROUSSELOT PERMITEM QUE OS CIENTISTAS APROVEITEM AO MÁXIMO AS PROPRIEDADES ÚNICAS DA GELATINA E REALIZEM, COM SUCESSO, PESQUISAS CIENTÍFICAS REPRODUZÍVEIS, CONFIÁVEIS E ORIGINAIS, PRONTAS PARA PASSAREM A ENSAIOS CLÍNICOS.

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(1) Estatísticas sobre a Doação de Órgãos 2020, acessado em 17/12/2020 < https://www.organdonor.gov/statistics-stories/statistics.html