Bioimpressão de tecido cartilaginoso

A cartilagem articular - ou hialina - está presente como revestimento dos ossos articulares. É um tecido altamente resistente, capaz de suportar movimentos em diversos planos, com diversas condições de carga, favorecendo o amortecimento e o fácil deslizamento dos ossos, para que o movimento seja realizado sem dor.

Por ser um tecido sem vasos sanguíneos, sem vasos linfáticos e sem nervos, a sua capacidade regenerativa é extremamente limitada. As lesões nesse tecido, ou seja, as lesões condrais, podem acometer todas as faixas etárias e podem ser ocasionadas por pequenos traumas repetitivos quanto por grandes traumas. Resultando em dor, perda de mobilidade e redução da qualidade de vida do indivíduo.

A progressão dessas lesões, pode culminar em condições degenerativas, como a osteoartrite. Apesar de ser uma condição natural, decorrente do processo de envelhecimento, o ritmo de vida atual tem favorecido o aparecimento precoce dessa patologia. A osteoartrite - ou artrose - afeta 300 milhões de pessoas mundialmente e no Brasil, os gastos pelo Sistema Único de Saúde passam da casa dos R$ 100 milhões, anualmente. Dentre os tratamentos clínicos atuais, como a microfratura, implantações autólogas ou a susbtituição total da articulação, há limitações como; a permanência de dor, mobilidade reduzida, falta de durabilidade, rejeição, entre outras complicações.

Ilustração representativa de uma cartilagem saudável e não saudável [Fonte: Google Imagens]

Devido a esses fatores, a Engenharia Tecidual aparece como uma alternativa, a fim de criar construídos tissulares que sejam biomiméticos ao do indivíduo. Diversas estratégias, utilizando células e biomaterias, já foram descritas na literatura científica e muitas já são inclusive patenteadas e comercializadas. Os avanços no campo da Engenharia Tecidual, resultaram em tecnologias capazes de biofabricar construídos tissulares cada vez mais similares com os do corpo humano. A bioimpressão 3D, é um dos cases de sucesso dentro dessa área.


A Bioimpressão 3D tem conseguido alavancar a área da Engenharia Tecidual em patamares nunca antes alcançados, gerando construídos similares a vasos, órgãos, pele e por que não tecido cartilaginoso também? É dentro desse contexto que pesquisadores do Centro de Medicina Regenerativa da Universidade de Saga, no Japão, conseguiram bioimprimir construídos de cartilagem humana com tamanho e forma anatômica!

Para isso, os pesquisadores utilizaram células tronco de pluripotência induzida (iPSCs), diferenciando-as em células condrogênicas (células nativas do tecido cartilaginoso). Essas células, ao invés de serem cultivadas em monocamada em garrafas de cultura, foram cultivadas como esferoides celulares em diâmetros de 500-700μm. Uma Bioimpressora denominada Regenova Bio-3D printer, produzida pela empresa Cyfuse Biomedical, foi utilizada para depositar esses esferoides condrogênicos em determinadas geometrias (Figura 1).


Processo de Bioimpressão de tecido cartilaginoso utilizando os esferoides celulares como matéria-prima [Fonte: Nakamura et al., 2021]

Nesse processo, conhecido como Kenzan method, os esferoides celulares são alocados, unitariamente, em estruturas similares a agulhas, de forma automatizada. Essa estrutura então é levada ao biorreator, onde poderá maturar (fusão dos esferoides), formando o macro tecido. Diversos experimentos foram feitos com relação a; (I) eficiência do protocolo de diferenciação, (II) viabilidade do construído, (III) secreção de moléculas-chave da cartilagem e (IV) propriedades mecânicas do construído. Ademais, diferentes formatos de tecido cartilaginoso foram biofabricados, no intuito de validar o método para que, futuramente, pacientes com diferentes níveis de lesões articulares pudessem também receber o tratamento. Tecidos retangulares, tubulares, planares e cúbicos foram bioimpressos (Vídeos 1 e 2) (Figura 3).


Construído em forma de L, 40 dias após Bioimpressão [Fonte: Nakamura et al., 2021].



Construído 39 dias após a Bioimpressão [Fonte:Nakamura et al., 221].

Os construídos gerados através da Bioimpressão, apresentaram integridade estrutural, manutenção da viabilidade celular, secreção de moléculas-chave como colágeno tipo 2, glicosaminoglicanos. Os testes de propriedade mecânica revelaram que o módulo de compressão foi de 0,59 MPa, 0,77 MPa e 0,88 MPa para os construídos após 3, 4 e 5 semanas de maturação, respectivamente. A força máxima necessária para rasgar o construído aumentou de 90 mN para 209 mN, de 3 a 5 semanas de maturação. Dados esses muito relevantes quando consideramos a força que a cartilagem precisa suportar. O tamanho final alcançado pelos construídos foi de 6 cm^2.


Diferentes morfologias foram bioimpressas [Fonte:Nakamura et al., 2021].

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Referências

Nakamura et al., Bio-3D printing iPSC-derived human chondrocytes for articular cartilage regeneration. 2021. Biofabrication. DOI: https://doi.org/10.1088/1758-5090/ac1c99 .

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