"3D Printing of Personalized Thick and Perfusable Cardiac Patches and Hearts" é o artigo publicado no dia 15 de abril de 2019, no periódico Advanced Science por pesquisadores da Tel Aviv University.
O primeiro coração 3D do mundo foi impresso usando as próprias células do paciente e seus materiais biológicos para combinar completamente as propriedades imunológicas, celulares, bioquímicas e anatômicas do paciente. As células foram reprogramadas para se transformarem em células-tronco, capazes de gerar qualquer tipo de tecido do corpo. Em uma biópsia eles retiraram células do tecido adiposo e as transformaram em células cardíacas e em células de vasos sanguíneos. Já as proteínas foram transformadas em algo que os pesquisadores chamaram de Biotinta - Bioink, com consistência de gel. Esse gel funciona como a "cola" que mantém as células-tronco unidas em forma de coração.
No artigo, é reportada uma simples abordagem de impressão 3D, veja o resumo:
"A geração de tecidos vascularizados espessos que combinam totalmente com o paciente ainda permanece um desafio não atendido na engenharia de tecidos cardíacos. Aqui, é relatada uma abordagem simples à impressão 3D de manchas cardíacas espessas, vascularizadas e perfusíveis que correspondem completamente às propriedades imunológicas, celulares, bioquímicas e anatômicas do paciente. Para este fim, uma biópsia de um tecido omental é retirada dos pacientes. Enquanto as células são reprogramadas para se tornar células-tronco pluripotentes e diferenciadas para cardiomiócitos e células endoteliais, a matriz extracelular é processada em um hidrogel personalizado. A seguir, os dois tipos de células são combinados separadamente com hidrogéis para formar bioinks para o tecido cardíaco parenquimatoso e vasos sanguíneos. A capacidade de imprimir emplastros vascularizados funcionais de acordo com a anatomia do paciente é demonstrada. A arquitetura dos vasos sanguíneos é melhorada pela modelagem matemática da transferência de oxigênio. A estrutura e a função dos fragmentos são estudadas in vitro, e a morfologia das células cardíacas é avaliada após o transplante, revelando cardiomiócitos com restrição de actinina massiva. Finalmente, como uma prova de conceito, os corações humanos celularizados com uma arquitetura natural são impressos. Estes resultados demonstram o potencial da abordagem para engenharia de tecidos e órgãos individualizados, ou para triagem de drogas em uma estrutura anatômica apropriada e microambiente bioquímico específico do paciente."
Antes dessa publicação, os pesquisadores só haviam conseguido imprimir em 3D tecidos simples sem vasos sangüíneos.
"Este coração é feito de células humanas e materiais biológicos específicos do paciente. Em nosso processo, esses materiais servem como bioinks (biotinta), substâncias feitas de açúcares e proteínas que podem ser usadas para impressão 3D de modelos complexos de tecidos", disse o pesquisador Tal Dvir. uma afirmação. "As pessoas conseguiram imprimir em 3D a estrutura de um coração no passado, mas não com células ou vasos sangüíneos. Nossos resultados demonstram o potencial de nossa abordagem para a engenharia de reposição de tecido e órgãos personalizada no futuro".
Descrevendo seu trabalho na Advanced Science, a equipe de pesquisa começou por fazer biópsias de tecido adiposo de estruturas abdominais conhecidas como omento tanto em humanos quanto em porcos. Os materiais celulares do tecido foram separados daqueles que não foram reprogramados para se tornar células-tronco pluripotentes, "células mestras" capazes de fazer células de todas as três camadas do corpo com o potencial de produzir qualquer célula ou tecido no corpo. A equipe então transformou a matriz extracelular - composta de colágeno e glicoproteínas - em um hidrogel usado como tinta de impressão. As células foram misturadas com o hidrogel e depois diferenciadas em células cardíacas ou endoteliais (aquelas que revestem a superfície interior dos vasos sanguíneos e linfáticos) para criar emplastros cardíacos imuno-compatíveis específicos do paciente, completos com vasos sanguíneos e, finalmente, um coração inteiro bioengenharia de materiais específicos para pacientes "nativos".
Embora promissora, a equipe é rápida em lembrar que seus corações ainda não estão prontos para o transplante humano.
"Neste estágio, nosso coração 3D é pequeno, do tamanho do coração de um coelho", disse Dvir. "Mas corações humanos maiores requerem a mesma tecnologia."
Para começar, criar um coração humano levaria muito mais tempo e exigiria bilhões de células - não apenas milhões. Além disso, os corações do tamanho de uma cereja não se comportam necessariamente como corações, exigindo que os pesquisadores se desenvolvam mais e os “treinem” para que sejam como corações humanos e formem uma capacidade de bombeamento. Atualmente, as células podem se contrair, mas não funcionam juntas.
Independentemente disso, o desenvolvimento é um grande passo para o avanço do transplante de órgãos. A doença cardíaca é a principal causa de morte em homens e mulheres nos EUA, sendo o transplante de coração o único tratamento disponível para aqueles com insuficiência cardíaca terminal. Não apenas a falta de doadores requer o desenvolvimento de novas estratégias, mas a criação de corações que combinam com a composição biológica exclusiva do paciente pode impedir o risco de rejeição.
"A biocompatibilidade de materiais de engenharia é crucial para eliminar o risco de rejeição do implante, o que compromete o sucesso de tais tratamentos", disse Dvir. "Idealmente, o biomaterial deve possuir as mesmas propriedades bioquímicas, mecânicas e topográficas dos próprios tecidos do paciente. Aqui, podemos relatar uma abordagem simples para tecidos cardíacos grossos, vascularizados e perfusíveis impressos em 3D que combinam completamente com os tecidos imunológicos, celulares, bioquímicos e propriedades anatômicas do paciente ".
Depois de “treinar” os corações para bombear eficientemente, a equipe espera transplantá-los em animais para testes adicionais.
Artigo e fontes:
Noor, N., Shapira, A., Edri, R., Gal, I., Wertheim, L., Dvir, T., 3D Printing of Personalized Thick and Perfusable Cardiac Patches and Hearts. Adv. Sci. 2019, 1900344.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/advs.201900344
https://www.iflscience.com/health-and-medicine/scientists-create-worlds-first-3dprinted-heart-using-patients-own-cells/
https://edition.cnn.com/2019/04/15/health/3d-printed-heart-study/index.html