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Você sabe o que é bioimpressão in situ ou in vivo?
Diagrama esquemático conceitual de IOB em um cenário cirúrgico.
Fonte: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32407688. Acesso em: 12 jan. 2020.
A bioimpressão intra-operatória (IOB), também conhecida como bioimpressão in situ ou in vivo, é um processo eficaz na reparação de tecidos lesados diretamente no corpo humano em ambiente cirúrgico, onde ocorre em um único processo: imagem do tecido lesionado, processamento de dados, planejamento do processo e a bioimpressão 3D.
A IOB de um substituto de tecido diretamente no local da lesão é muito benéfica, pois pode facilitar a heterogeneidade do tecido complexo de uma forma anatomicamente similar ao de origem.
Embora a IOB ainda não tenha sido realizado em clínicas, o campo tem avançando devido aos rápidos desenvolvimentos em tecnologias de bioimpressão com contribuições de equipes multidisciplinares de pesquisadores de diferentes áreas, com grande interesse no desenvolvimento de novos estudos clínicos que alcancem novas metodologias de análise.
Vantagens da Bioimpressão Intra-operatória
Primeiramente, os substitutos de tecido bioimpressos, especialmente construtos à base de hidrogéis ou agregados celulares, geralmente possuem resistências mecânicas iniciais devido à natureza rica em fluído, o que os torna difíceis de manusear com ferramentas cirúrgicas e aumenta ainda mais a probabilidade de desintegração do construto durante a transferência ao sítio cirúrgico e sutura. Com ajuda de uma metodologia de engenharia reversa que permite o design do enxerto em tempo real para pacientes que precisam de ressecção de tecido, desbridamento, reconstrução traumática ou reparo de fratura, possui a capacidade de escanear e bioimprimir após a preparação cirúrgica do local da lesão. Além do mais, essa tecnologia apresenta alto potencial para melhorar a precisão e a eficiência desses procedimentos, assim como a tecnologia da bioimpressão de bancada, facilitando a heterogeneidade complexa do tecido de uma maneira anatomicamente precisa.
O processo é mediado por reparos no intra-operatório que são envoltos por tecidos nativos, células endógenas que são conduzidas por sinais bioquímicos e biofísicos que migram para os construtos bioimpressos e se diferenciam em linhagens específicas de tecido alvo.
As vantagens da IOB de ser uma tecnologia robusta em comparação com abordagens manuais são:
permitem reconstituir com precisão tecidos que possuem vários tipos celulares,
permitem reconstruir arranjos estratificados da matriz extracelular (ECM),
permitem a deposição precisa de células, genes ou citocinas com controle localizado e biomimética anatômica, reconstituindo com precisão várias camadas.
As dificuldades enfrentadas pela Bioimpressão Intra-operatória
A IOB encara os seguintes fatores de dificuldades ao adaptar o conhecimento adquirido através de sistemas in vitro: é limitada por deficiências estruturais e mecânicas nas construções das biompressoras. A bioimpressão por gotejamento, é mais adequado para bioimprimir tecidos finos, como o tecido da pele. Para bioimpressão baseada a laser, compartilha vantagens semelhantes (por exemplo, alta resolução) e desvantagens (por exemplo, baixa integridade de construções bioimpressas) em relação a bioimpressora por gotejamento. A miniaturização da bioimpressora a laser é um grande desafio devido à sua configuração complexa (como uma fonte de laser e componentes), o que restringe sua acessibilidade aos tecidos internos. Outros desafios, como o a imobilização de fontes de luz e a necessidade de foco preciso, podem limitar sua translação clínica (transferir os variados tipos de conhecimento, científicos e médicos, para a prática clínica).
A biotinta ideal, além das propriedades gerais, deve possuir recursos específicos para IOB, contando que a deposição é feita diretamente no local lesionado em condições fisiológicas:
compatíveis e intra-operativamente bioprintable pela modalidade direcionada para encurtar a duração da cirurgia;
ser rapidamente reticulável in situ para reter a integridade e resolução de construções bioimpressas em temperatura fisiológica e ambiente úmido;
estar disponível comercialmente e acessível para minimizar o custo da cirurgia.
Quer saber mais sobre uma biotinta ideal?
Acesse a matéria "Uma biotinta ideal cumpre três papéis principais."
Durante o IOB a obtenção das imagem das lesões devem ser realizadas imediatamente, pois com a exposição prolongada pode levar a complicações cirúrgicas. O uso de scanner baseados em fotogrametria 3D poderá obter dados precisos, pois para criar um modelo de construção tecidual, o processamento da imagem se faz necessário, incluindo o pré-processamento, segmentação, extração de características e mineração de dados [3]. Todos esses procedimentos devem ser concluídos em poucos minutos após a obtenção dos dados digitalizados.
Por consequência, o software de segmentação é vital para a extração adequada da região de interesse de imagens 3D, e a inteligência artificial, assim como, a robótica podem ser agregadas para diminuir o tempo de processo e a variação causada pelos operadores.
Diante do exposto, a mimetização do microambiente patológico proporciona fornecimento de um mecanismo para o estabelecimento de uma vascularização e rápido fluxo sanguíneo do enxerto e que assim, ele se comunique com o tecido, estimulando a produção de fatores de angiogênese. Um exemplo na clínica são os estudos para facilitar a anastomose e vascularização do enxerto, o cirurgião implantador também pode utilizar uma variedade de enxertos autólogos, incluindo a criação de alças arteriovenosas.
Diagrama esquemático da Bioimpressão Intra-operatória (IOB). Fonte: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32407688/. Acesso em: 12 jan. 2020.
Outrossim, também haverá estimulação de matriz extracelular composta por fibroblastos onde ajudaram com a promoção de fatores de crescimento e diferenciação celular através da osteogênese, miogênese e produção de colágeno, assim garantindo ao enxerto IOB um potencial terapêutico acima do proposto pela Bioimpressão 3D já implementada no mercado.
Por fim, os testes que contam com elementos finitos e elementos físicos são a aposta futura para que o modelo animal suporte os ensaios clínicos, e que deste modo, seja levado ao clínico com pacientes in vivo.
A expectativa para que a IOB seja uma potente futura terapia justamente por sua mimetização no microambiente patológico, instiga o mercado farmacêutico internacional.
Uma vez que esta tecnologia permita a reprodutibilidade e que possa ser enriquecida com células tronco, colágeno, fatores de crescimento e diferenciação, bem como extratos vegetais, conhecimento de novas moléculas e a sofisticação da engenharia biomédica e física para a produção de novos moldes de IOB.
Principais referências utilizadas na matéria:
Intraoperative Bioprinting: Repairing Tissue and Organs in a Surgical Setting
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32407688/. Acesso em: 12 jan. 2020.
1- Ozbolat, I.T. (2015) Bioprinting scale-up tissue and organ constructs for transplantation. Trends Biotechnol. 33, 395–400.
2- Qu, F. et al. (2019) Cell migration: implications for repair and regeneration in joint disease. Nat. Rev. Rheumatol. 15, 167–179.
3- Sun, W. et al. (2004) Computer-aided tissue engineering: application to biomimetic modelling and design of tissue scaffolds. Biotechnol. Appl. Biochem. 39, 49–58.
Como citar essa matéria:
FERREIRA, M J M. Bioimpressão de substitutos 3D para cartilagem de menisco com composição híbrida. Blog BioEdTech. Belo Horizonte, 11 janeiro 2021.
Maria Malagutti é Nutricionista e Mestre em Biociência pela UNESP. Tem experiência em Engenharia de tecidos, medicina regenerativa e translacional, atuando nos seguintes temas: cultivo celular e análise de genotoxicidade em células-tronco hematopoéticas e células estromais mesenquimais, culturas celulares tridimensionais (esferoides e organoides), terapia celular em modelos experimentais de doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC / enfisema), impressão e bioimpressão 3D de hidrogéis como alternativa terapêutica em úlceras cutâneas de difícil cicatrização.
Atualmente é colaboradora da Bioedtech e Pesquisadora Associada do Laboratório de Genética e Terapia Celular - Gente Cel - Departamento de Biotecnologia - UNESP (Campus de Assis).
Contato: maria.mlagutti@bioedtech.com.br