E hoje vamos falar dos grandes desafios presentes na área de bioimpressão tecidual.
Por que ainda não temos tecidos funcionais complexos "bioimpressos"?
Os desafios presentes na bioimpressão de tecidos e órgãos são inúmeros. Podemos dividir esses desafios em Desafios tecnológicos, biológicos, químicos, físicos, de materiais, éticos e de regulamentação.
qOs desafios tecnológicos são complexos e precisam ser desenvolvidos pensando na interdisciplinaridade da área e não adaptados dos sistemas de impressão 3D. Como a área é nova, muitos dispositivos, softwares e métodos foram adaptados e não foram devidamente criados para a bioimpressão. Assim, a integração e a interoperabilidade de dados, arquivos e sistemas tornam-se um desafio enorme. O uso de métodos adaptados é rotina, como por exemplo o uso de softwares da engenharia para a modelagem do BioCAD, ou seja, do projeto do tecido que será "biofabricado". Não encontramos programas e métodos computacionais criados especificamente para o desenvolvimento de tecidos biológicos complexos.
Com relação aos equipamentos de bioimpressoras, já encontramos comercialmente uma diversidade e muitas outras apenas para a pesquisa - 3DBS, Organovo, Allevi, Aspect Biosystem, Aether, 3D cultures, Cellink, SE3D, 3DFAB, RegenHU, GeSIM, Envision Tec, Life Science, Cyfyse, Rokit, Regenovo, Bio3D, e Regemat. Acompanhando esse crescimento, observo que as principais características - precisão, extrusão, aquecimento, UV, entre outros - dos equipamentos são semelhantes.
Agora, quando pesquisamos sobre biorreatores para tecidos bioimpressos, temos muita dificuldade em encontrar equipamentos para a venda. Apenas em fase experimental e para a pesquisa. É notório a complexidade dessa tecnologia, cujo sistema é fechado e necessita de uma variedade de microcontroladores e microssensores. A utilização desse equipamento (biorreator) é essencial para o pós-processamento do tecidos, ou seja, da diferenciação e maturação tecidual.
Quando falamos dos desafios biológicos, necessariamente devemos enfatizar a biologia celular e molecular, áreas fundamentais para o entendimento do comportamento e desenvolvimento celular, tecidual e de sistemas. A sinalização molecular, a comunicação celular e a modelagem da matriz extracelular (MEC) depende obrigatoriamente de um entendimento multiescalar. O tecido biológico - conjunto de células especializadas - é um sistema complexo de interações moleculares e devemos avançar no entendimento das redes regulatórias funcionais para interpretar de forma correta as informações ômicas, e auxiliar positivamente a bioimpressão de tecidos e órgãos.
Um obstáculo significativo, e um dos mais citados, é a necessidade de vascularização nos grandes tecidos. Sem a vascularização para levar nutrientes e oxigênio para o centro dos tecidos, e da mesma forma, remover os metabólitos, o tamanho do tecido fica limitado ao limite de difusão de oxigênio, que é de aproximadamente 150-200 μm. Existem várias técnicas de bioimpressão para criar vascularização artificial, mas é o design complexo da vasculatura em todo o órgão que é difícil de replicar através da bioimpressão 3D.
Sabemos a tempos que as células são sensíveis ao estresse mecânico, que pode se tornar significativo quando os hidrogéis (bioinks), carregados de células são forçados através de um pequeno orifício, como o bico de impressão. Assim, os bioinks geralmente são menos viscosos, para garantir que as células possam ser depositadas com alta viabilidade. Para garantir que estruturas grandes sejam adequadamente suportadas, cada camada deve manter sua forma quando impressa. No entanto, isso é quase impossível com bioinks de baixa viscosidade, pois eles fluem e se espalham rapidamente após a ejeção do bico.
Atualmente, vários materiais, biomateriais e estratégias estão sendo explorados para cobrir as necessidades conflitantes de viscosidade. Uma estratégia popular é usar polímeros biocompatíveis capazes de reticulação, e os esforços de pesquisa estão focados em aumentar a velocidade, confiabilidade e biocompatibilidade da etapa de reticulação. A maioria das pesquisas nesta área se concentra no desenvolvimento de novos grupos funcionais para polímeros de bioink existentes e têm avançado muito no Brasil e no mundo.
O desafios éticos e legais desempenham um papel crucial na translação bem-sucedida do mercado de qualquer tecnologia. A importância da bioimpressão 3D está em ascensão. O objetivo a longo prazo é olhar para as políticas e regulamentação em que o papel do Governo é significante, que inclui o bioproduto bioimpresso, a classificação, a padronização, a autoridade de aprovação, as diretrizes e as regras de licenciamento adequadas. Não importa quão inovadora seja uma tecnologia, a ética, a confiabilidade, a regulamentação e a aceitação das pessoas decidem o sucesso final.
Ainda temos muito o que avançar, e com certeza será um caminho árduo, cheio de desafios tecnológicos, biológicos, químicos, físicos, de materiais, éticos e de regulamentação.
Janaina Dernowsek, Ph.D.
Bióloga Geneticista e Pesquisadora na área de Biofabricação e Bioimpressão de Tecidos.
Pesquisadora associada ao Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer, INCT - Regenera e UNIFESP. Idealizadora dos projetos BioEdTech e Bio3Data para a Bioimpressão de tecidos. Desenvolvedora do site e do blog www.biofabricacao.com
