Bioimpressão de arquiteturas vivas

Os materiais vivos são considerados materiais compostos por células vivas (sejam de mamíferos, leveduras e/ou bactérias) que conseguem se automontar, autorreparar sentir e responder ao seu ambiente. Esses materiais podem ser utilizados como biossensores, agentes de liberação controlada de fármacos e até mesmo para otimizar a captação de energia solar e contaminantes. Quando comparado com as abordagens tradicionais, a utilização dos materiais vivos passa a ser uma estratégia mais sustentável e por vezes economicamente mais viável.

No entanto, a construção de materiais vivos em 3D, com padrões controlados e integridade estrutural, ainda é um grande desafio na área. Dentro desse contexto, a tecnologia de Bioimpressão passou a ser considerada também para a produção desse tipo de material. Isto porque, com uma Bioimpressora é possível alcançar um controle espaço-temporal de deposição celular que pode ser a chave para alavancar a área de materiais vivos.

Apesar de ser muito explorada no contexto de Engenharia Tecidual, engana-se quem acha que a Bioimpressão é limitada apenas a área biomédica. A versatilidade desta tecnologia tem impulsionado avanços em diversas áreas, desde alimentícia, engenharia e até mesmo a conservação marítima!

Entendendo o potencial da Bioimpressão para produção de materiais vivos otimizados, pesquisadores de Harvard bioimprimiram arquiteturas vivas e funcionais, capazes de liberar controladamente fármacos anticâncer e capturar toxinas do ambiente.

O primeiro passo dos pesquisadores foi utilizar a engenharia genética para fazer com que bactérias E.coli fossem capazes de produzir nanofibras compostas de fibrina. A fibrina, é uma proteína envolvida na cascata de coagulação, que ativa sua polimerização, para formar coágulos sanguíneos e sua adição nas bactérias teve como intuito gerar nanoredes capazes de prover estabilidade estrutural para o construído que seria Bioimpresso (Figura 1). O produto dessas bactérias geneticamente modificadas, um gel composto por proteínas bacterianas + fibrina, foi denominado de "tinta microbiana" e a sua printabilidade foi investigada.

O processo de preparo das tintas microbianas [Retirado de Thatte et al., 2021].

A printabilidade da "tinta microbiana", ou seja, a capacidade do material de ser bioimpresso e formar a geometria de interesse de forma estável e íntegra, foi alcançada de forma satisfatória, com boa integridade estrutural. As biotintas foram capazes de se manter estáveis em gaps superiores a 16mm, mantiveram fidelidade estrutural, assim como suportaram múltiplas camadas, formando estruturas tridimensionais estáveis (Vídeo 1, Figura 2).

Vídeo 1. Avaliação da printabilidade da tinta microbiana geneticamente modificada [Retirado de Thatte et al., 2021].


Figura 2. (A) Morfologia da tinta microbiana. (B) Printabilidade [Retirado de Thatte et al., 2021]

Após a validação da tinta microbiana (somente as proteínas bacterianas + fibrina), as bactérias E.coli também foram adicionadas para serem bioimpressas. Foi visto que, esses construídos foram capazes de liberar fármacos anticancerígenos, como o azurin e também foram capazes de identificar e retirar compostos tóxicos, como o bisfenol do ambiente. O Bisfenol é comumente usado para fazer plásticos e tem sido associado à infertilidade e ao câncer.

A tinta microbiana é o primeiro gel imprimível a ser feito inteiramente a partir de proteínas produzidas por células de E. coli, sem a adição de outros polímeros. Uma biotinta viva que pode responder ao meio ambiente!


Referência

DURAJ-THATTE, Anna M.; MANJULA-BASAVANNA, Avinash; RUTLEDGE, Jarod; XIA, Jing; HASSAN, Shabir; SOURLIS, Arjirios; RUBIO, Andrés G.; LESHA, Ami; ZENKL, Michael; KAN, Anton. Programmable microbial ink for 3D printing of living materials produced from genetically engineered protein nanofibers. Nature Communications, [S.L.], v. 12, n. 1, p. 1-13, 23 nov. 2021. Springer Science and Business Media LLC. http://dx.doi.org/10.1038/s41467-021-26791-x.


https://wyss.harvard.edu/media-post/living-materials/


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