Os investigadores da Escola John A. Paulson de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS) de Harvard desenvolveram um método para criar um tecido cardíaco em funcionamento utilizando a tecnologia de impressão 3D. Ao utilizar uma nova tinta de hidrogel enriquecida com fibras de gelatina, os cientistas conseguiram criar um modelo de ventrículo cardíaco funcional que se comporta de forma semelhante a um coração humano.
A impressão 3D abriu novas possibilidades para os bioengenheiros* criarem tecidos e estruturas cardíacas na última década. Os investigadores* descobriram agora uma forma de imprimir células do músculo cardíaco de modo a que se alinhem e batam como um ventrículo humano.
“As pessoas têm tentado replicar as estruturas e funções dos órgãos para testar a segurança e a eficácia dos medicamentos, como forma de prever o que poderá acontecer no contexto clínico”, afirma Suji Choi, investigador associado do SEAS e primeiro autor do artigo.
Mas, até agora, as técnicas de impressão 3D não foram capazes de obter um alinhamento fisiologicamente relevante dos cardiomiócitos, as células responsáveis pela transmissão coordenada de sinais eléctricos para contrair o músculo cardíaco.
“Começámos este projeto para resolver algumas das insuficiências da impressão 3D de tecidos biológicos”, afirma Kevin “Kit” Parker, Professor de Bioengenharia e Física Aplicada da Tarr Family, chefe do Grupo de Biofísica de Doenças da SEAS, autor sénior.
“A tinta FIG é capaz de fluir através do bocal de impressão, mas, uma vez que a estrutura é impressa, mantém a sua forma 3D”, diz Choi. “Devido a estas propriedades, descobri que é possível imprimir uma estrutura semelhante a um ventrículo e outras formas 3D complexas sem utilizar materiais de suporte extra ou andaimes.”
Para fabricar a tinta FIG, Choi utilizou um processo de fiação a jato rotativo desenvolvido pelo laboratório de Parker, que pode fiar materiais de microfibras semelhantes a algodão doce. O investigador de pós-doutoramento Luke MacQueen, coautor do artigo, teve a ideia de que as fibras fabricadas através do processo de jato rotativo podiam ser adicionadas a uma tinta e impressas em 3D.
“Quando Luke desenvolveu este conceito, a ideia era alargar o leque de escalas espaciais que podiam ser impressas com impressoras 3D, retirando o fundo dos limites inferiores, levando-o até à escala nanométrica”, afirma Parker. “A vantagem de produzir as fibras com fiação por jato rotativo em vez de electrospinning” – um método mais convencional para gerar fibras ultrafinas – “é que podemos utilizar proteínas que, de outra forma, seriam degradadas pelos campos eléctricos da electrospinning”.
Utilizando o bocal rotativo para fiar fibras de gelatina, Choi criou uma folha de material com um aspeto semelhante ao algodão. De seguida, utilizou ondas sonoras para quebrar esta folha em fibras com 80 a 100 micrómetros de comprimento e 5 a 10 micrómetros de diâmetro. Em seguida, dispersou estas fibras numa tinta de hidrogel.
O maior desafio foi encontrar a proporção ideal entre fibras e hidrogel na tinta para garantir o alinhamento das fibras e a integridade da estrutura impressa em 3D.
Quando Choi imprimiu estruturas 2D e 3D com a tinta FIG, os cardiomiócitos na tinta alinharam-se com a direção das fibras. Assim, ao controlar a direção da impressão, Choi podia controlar a forma como os cardiomiócitos se alinhariam.
Esta invenção oferece uma perspetiva interessante para a criação de plataformas in vitro para a descoberta de novas terapêuticas para doenças cardíacas e para a avaliação da eficácia dos tratamentos em doentes individuais.
Outros autores incluem Keel Yong Lee, Sean L. Kim, Huibin Chang, John F. Zimmerman, Qianru Jin, Michael M. Peters, Herdeline Ann M. Ardoña, Xujie Liu, Ann-Caroline Heiler, Rudy Gabardi, Collin Richardson, William T. Pu e Andreas Bausch.