Órgãos vivos impressos em 3D com corante alimentar

Redação do Site Inovação Tecnológica -  13/05/2019

Modelo em escala de um alvéolo pulmonar, com as vias aéreas e os vasos sanguíneos que nunca se tocam, mas são capazes de fornecer oxigênio aos glóbulos vermelhos. [Imagem: Jordan Miller/Rice University]

Bioimpressão

O corante amarelo de alimentos número 5 - um aditivo alimentar largamente usado pela indústria - revelou-se o ingrediente secreto para viabilizar a impressão 3D de biomateriais, dotados de redes complexas fisicamente emaranhadas, que caracterizam os tecidos biológicos, como a vasculatura, por exemplo.

Os tecidos dos órgãos movimentam fluidos e trocam materiais através de redes vasculares distintas, embora biofísica e bioquimicamente conectadas. Com o advento da impressão 3D, os pesquisadores logo se deram conta da possibilidade de usar essa tecnologia para construir órgãos artificiais. Mas reproduzir essa vasculatura em materiais biocompatíveis utilizados para o cultivo de tecidos tem sido um desafio.

Uma técnica que está sendo desenvolvida para criar estruturas artificiais capazes de imitar a complexa arquitetura vascular dos tecidos biológicos, como as encontradas no interior dos pulmões, é conhecida como estereolitografia de projeção.

A técnica usa luz projetada e resinas fotorreativas para criar objetos sólidos. Os aditivos fotoabsorventes podem ser usados para impedir a fotopolimerização indesejável fora da região alvo, para assegurar resolução suficiente para a criação de arquiteturas complexas.

Ocorre que as substâncias químicas disponíveis para isso são reconhecidamente cancerígenas e genotóxicas, ou seja, totalmente inadequadas para biomanufatura.

Detalhes do processo de biofabricação 3D. [Imagem: Grigoryan et al. - 10.1126/science.aav9750]

Fotoabsorvente

Bagrat Grigoryan e colegas da Universidade Rice, nos EUA, descobriram agora que corantes alimentares naturais e sintéticos amplamente utilizados podem ser usados como potentes fotoabsorventes na produção de redes vasculares intrincadas e funcionais dentro de hidrogéis, rompendo com a grande limitação prática da estereolitografia de projeção.

O corante alimentar tartrazina - ou amarelo #5 - um corante alimentar comum encontrado em uma variedade de salgadinhos e bebidas, funciona como um aditivo bloqueador de luz para criar rapidamente elaborados hidrogéis multivasculares.

A equipe demonstrou as capacidades funcionais desses materiais recriando processos biológicos, como a oxigenação das células sanguíneas no pulmão, por exemplo. Além disso, eles otimizaram um tecido hepático produzido por bioengenharia e transplantaram-no com sucesso em um modelo de lesão hepática crônica em camundongos para destacar o potencial de translação do método para aplicações práticas na área de saúde.

Impressão 3D de tecidos biológicos

Grigoryan está disponibilizando a nova tecnologia de bioimpressão em sistema de código aberto - ele a chama de "aparelho de estereolitografia para engenharia de tecidos", ou SLATE, na sigla em inglês.

O sistema usa a manufatura aditiva para fazer hidrogéis macios uma camada por vez, com um nível de detalhamento suficiente para imitar os tecidos biológicos reais.

As camadas são impressas a partir de uma solução líquida de pré-hidrogel que se torna sólida quando exposta à luz azul. Um projetor de luz digital lança luz de baixo para cima, mostrando fatias 2D sequenciais da estrutura em alta resolução, com tamanhos de píxeis variando de 10 a 50 micrômetros.

Com cada camada solidificada por sua vez, um braço suspenso eleva o gel 3D em crescimento apenas o suficiente para expor o líquido à próxima imagem do projetor. Os corantes alimentares absorvem a luz azul, confinando a solidificação a uma camada muito fina. Desta forma, o sistema pode produzir géis macios e biocompatíveis, à base de água, e com arquitetura interna intrincada, em questão de minutos.

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Bibliografia:

Multivascular networks and functional intravascular topologies within biocompatible hydrogels,
Bagrat Grigoryan, Samantha J. Paulsen, Daniel C. Corbett, Daniel W. Sazer, Chelsea L. Fortin, Alexander J. Zaita, Paul T. Greenfield, Nicholas J. Calafat, John P. Gounley, Anderson H. Ta, Fredrik Johansson, Amanda Randles, Jessica E. Rosenkrantz, Jesse D. Louis-Rosenberg, Peter A. Galie, Kelly R. Stevens, Jordan S. Miller
Science
Vol.: 364 Issue 6439 - 458-464
DOI: 10.1126/science.aav9750