A bioimpressão 3D pode fabricar órgãos de doadores. No espaço!
O 3D BioFabrication Facility da Techshot imprimiu com sucesso tecido de coração humano a bordo da Estação Espacial Internacional.
A astronauta da NASA, Jessica Muir, trabalha com o 3D BioFabrication Facility da Techshot.
Crédito: Techshot & NASA / FlickrDesde oo primeiro rim foi transplantado com sucesso em 1954, as doações de órgãos salvaram milhões de vidas. Mas este milagre moderno é um salvador de soma zero. As vidas que podem ser prolongadas são diretamente limitadas pelo número de órgãos disponíveis, e as listas cada vez maiores de doadores ultrapassaram esse número. Apenas 3 mortes em 1.000 resultam em órgãos capazes de serem doados , e menos de dois terços dos adultos nos EUA são doadores registrados.
Certamente podemos fazer mais para garantir um suprimento saudável de órgãos de doadores, mas alguns fatores sempre permanecerão fora de nosso controle. Isto é, a menos que possamos simplesmente fazê-los. Essa sugestão pode soar mais alquímica do que científica, mas graças à engenhosidade tecnológica, pode um dia ser uma opção genuína para os cirurgiões e seus pacientes.
Conversamos com Rich Boling e Eugene Boland, vice-presidente e cientistas-chefe da Techshot, uma empresa sediada em Indiana que espera tornar essa opção uma realidade com sua bioimpressora proprietária. E a empresa está anunciando esse futuro de - de onde mais? - do espaço!
Tudo o que é adequado para bioimpressão
Dr. Eugene Boland, cientista-chefe da Techshot, apresenta o 3D BioFabrication Facility no Kennedy Space Center da NASA, Flórida
Crédito: NASA Kennedy / Flickr
Como está escrito na lata, uma bioimpressora é um dispositivo que fabrica estruturas vivas usando materiais biológicos e pontas de agulha superfinas. Esses materiais são fornecidos por meio de uma substância conhecida como bioink. Como Boland explicou, os bioinks são uma combinação de células, proteínas, açúcares e outros nutrientes e pequenas moléculas. Tudo o que um tecido humano precisa para crescer.
Os primeiros sistemas de bioimpressão descritos surgiram em o início dos anos 2000 . Desde então, os bioprinters tiveram algum sucesso na fabricação de ossos e cartilagens, os tecidos humanos mais duros. Os tecidos mais macios que constituem os órgãos humanos, no entanto, têm se mostrado mais difíceis. Por causa de sua baixa viscosidade, esses biomateriais moles entram em colapso após serem impressos - a gravidade da Terra os separa sob seu peso. Pense em um molde de gelatina microscópico que não se ajustou corretamente.
Para contornar isso, observou Boland, os cientistas ligados à Terra devem adicionar espessantes ou andaimes às suas impressões de teste. - Você está adicionando algo para torná-lo mais espesso, para obter um molde de gelatina melhor. Para fazer a mesma coisa durante a bioimpressão, você está adicionando um material estranho para aumentar sua espessura ou sua viscosidade para fazê-lo se sustentar sozinho. ' Mas esses materiais estranhos não fazem parte dos processos naturais do corpo. Eles evitam que as células migrem através deles, inibindo a mobilidade celular, bem como a capacidade das células de se remodelar ou se adaptar ao seu ambiente natural.
Esta é a razão pela qual a Techshot enviou sua bioimpressora, o 3D BioFabrication Facility (BFF), para o espaço. Não era pelo brilho da ficção científica - embora esse seja um benefício adicional legal. Em vez disso, era para escapar da gravidade de cisalhamento de células da Terra para tentar a bioimpressão de tecido humano mole em um ambiente de microgravidade.
Um coração do seu novo melhor amigo
Em parceria com nScrypt , Techshot desenvolveu o BFF para fabricar tecido humano no espaço. Em julho de 2019, eles lançaram a bioprinter a bordo da missão de carga SpaceX CRS-18 a ser entregue na Estação Espacial Internacional. Lá, ele foi carregado com bioinks nervosos, musculares e vasculares. Como o BFF prendeu as células juntas em um cassete de cultura, gerando camadas várias vezes mais finas do que um fio de cabelo humano, o ambiente de microgravidade garantiu a manutenção da estrutura de baixa viscosidade unida. Isso é cortesia da mesma propriedade de tensão superficial que permite aqueles esferas de água em movimento com que os astronautas adoram brincar .
'Então, agora você pode ter uma célula vascular onde você quer que um vaso sanguíneo esteja, a célula nervosa onde você deseja que o nervo passe e células musculares onde você precisa que um feixe de músculos esteja', disse Boland. 'Todos eles vão ficar onde você os coloca em três dimensões e então crescer e amadurecer onde você quiser.'
Uma tinta não celular foi adicionada à mistura para fornecer um pouco de estrutura e evitar que as células deslizassem durante o processo de impressão. Mas, como a gravidade da Terra tinha menos atração, essa estrutura não precisava ser tão enrugada quanto um andaime terrestre. Essa tinta não celular era solúvel em água, o que significa que poderia ser lavada após a conclusão da impressão. O resultado final, uma fabricação mais natural de tecido humano.
Uma vez que 25 por cento das células necessárias para o tecido maduro estavam no lugar, o cassete de cultura de células foi movido para outra carga útil, o Advanced Space Experiment Processor (ADSEP). Lá, as células viveram e cresceram naturalmente. Células totalmente diferenciadas sinalizavam para as células-tronco adultas que deveriam ser células do coração. As células-tronco cresceram e se multiplicaram, sustentadas pelos nutrientes fornecidos pela tinta. Poucas semanas depois, o cassete era o lar de tecido cardíaco humano.
Janeiro deste ano, Techshot anunciou o BFF tinha obtido impressões de teste bem-sucedidas a bordo da ISS. Essas impressões de coração mediam 30 mm de comprimento por 20 mm de largura por 12,6 mm de altura. Em um experimento de acompanhamento, o BFF também fabricou impressões de teste de um menisco parcial do joelho humano , a cartilagem mole que atua como um amortecedor entre a tíbia e a coxa.
O futuro da medicina está no espaço?
A astronauta da NASA, Jessica Meir, prepara os cassetes de cultura de células da Techshot para sua viagem de volta à Terra.
Crédito : NASA Johnson / Flickr
Para sua próxima execução, a Techshot quer melhorar o cassete de cultura de células, refinando as condições e eliminando o ar preso de maneira mais eficaz. Seus pesquisadores também estão tentando fazer células em órbita. Depois, há o processo de ampliação de impressões de teste para pedaços de tecido em funcionamento (digamos, adesivos de coração) para órgãos totalmente operacionais. Depois, há os desafios do voo espacial e o longo caminho da regulamentação.
'Estamos dedicados ao longo prazo aqui', disse Boling durante nossa entrevista. 'Temos acordos com a NASA que nos permitem iterar e voar e tentar continuar e melhorar. Trouxemos o BFF e o ADSEP de volta da estação espacial no final do verão para fazer essas melhorias com base no que aprendemos para que possamos enviá-los de volta. '
No entanto, a sorte inesperada vai muito além de fortalecer nosso estoque de órgãos de doadores. A bioprinting tem o potencial de avançar dramaticamente no campo da medicina personalizada. Por exemplo, um perigo dos transplantes é a rejeição pelo corpo hospedeiro. Isso acontece quando o sistema imunológico de um receptor vê o tecido que salva vidas como um invasor estranho e o ataca.Cerca de 40 por cento dos receptores de coraçãoexperimentam rejeição aguda no primeiro ano, exigindo que os médicos prescrevam medicamentos imunossupressores.
A confecção de um órgão a partir do estoque pessoal de células-tronco de um paciente tem o potencial de reduzir esse risco. As peças de reposição, como adesivos para o coração, também podem ser específicas do paciente. Impressões de teste podem ser construídas para analisar como o sistema de um paciente responde a medicamentos e tratamentos específicos, tomando em vitro experimentos fora da placa de Petri e em um microambiente mais representativo do corpo humano natural.
“Em vez da medicina de tentativa e erro do século 20, você terá a medicina personalizada que sempre esteve ao virar da esquina. [Esta tecnologia] pode ser uma resposta para isso ', disse Boland.
E poderíamos levar a bioimpressão mais longe no espaço. Boling prevê um futuro onde a tecnologia poderá viaje conosco para a lua ou além. Lá, ele poderia atender às necessidades farmacêuticas personalizadas de astronautas estacionados ou, se combinado com uma fábrica de células, poderia imprimir carnes feitas de células de bovinos ou suínos. Ético, mas potencialmente indistinguível de sua contraparte criada em fazendas.
Percorremos um longo caminho desde a década de 1950. Muitas pessoas estão vivas hoje graças ao que aquele primeiro transplante de rim mostrou à ciência médica. É verdade que as impressões de teste da Techshot são pequenas comparadas a um órgão humano inteiro, com sua rede complexa e interconectada de tecido epitelial, conectivo, muscular e nervoso. Mas se imprimir um órgão é equivalente ao planejamento urbano de uma cidade celular, então a realização da Techshot é certamente a primeira de muitos arranha-céus em direção a esse objetivo. Esse objetivo pode ser a prova de conceito que salva muitos mais.
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