A bioimpressão é uma tecnologia inovadora com grande potencial na saúde, que surgiu da impressão 3D (manufatura aditiva) e permite a produção de scaffolds/suportes ou microtecidos com uma distribuição homogênea de células, materiais e moléculas ao longo da estrutura.
Por ser uma tecnologia emergente e relativamente nova, grandes esforços têm se concentrado nos estudos envolvendo o desenvolvimento e a combinação de materiais biocompatíveis, biodegradáveis, biomóleculas indutoras e células ou esferoides.
Os esferoides teciduais ou simplesmente aglomerados celulares, podem ser produzidos por diversas técnicas, possuindo vantagens como a alta densidade celular, estruturação 3D e a possibilidade de construção de microvascularização.
A tecnologia de Bioimpressão possui etapas semelhantes à da impressão 3D. Se resume basicamente em uma etapa de pré-processamento a qual necessita de um BioCAD / Blueprint ou simplesmente do projeto do tecido para a bioimpressão. Uma segunda etapa chamada de processamento ou bioimpressão 3D, utiliza componentes como, células ou esferóides, materiais sintéticos ou biomateriais, hidrogéis e biomoléculas. E a etapa de pós-processamento é a etapa de maturação do tecido bioimpresso. Ela necessita de sistemas fechados e controlados para a maturação do tecido bioimpresso, podendo ser equipamentos chamados biorreatores, essenciais para o desenvolvimento do tecido bioimpresso.
Esse esquema apresenta a relação entre a engenharia tecidual, a biofabricação, a bioimpressão e a tecnologia da informação.
Existe uma relação muito importante entre a engenharia de tecidos, a biofabricação, a bioimpressão, e a tecnologia da informação. Se integradas, essas tecnologias são excelentes oportunidades para o surgimento de métodos otimizados e mais avançados para a construção de órgãos funcionais.
Bioinks / Biotintas
“Uma formulação de células para processamento por uma tecnologia de biofabricação automatizada que também pode conter componentes biologicamente ativos e biomateriais”
Os biomateriais que se qualificam como bioink devem servir como um carreador celular durante a formulação e processamento
Desafios da Bioimpressão
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.
Os desafios tecnológicos são complexos e precisam ser desenvolvidos. 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 arquivos e sistemas tornam-se um desafio enorme. O uso de métodos adaptados da engenharia 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 complexos, e consequentemente, a área de modelagem e simulação biológica é muito nova e complexa.
Análise Sistemática
A análise sistemática (meta-análise) ou plataformas integradas para estimar processos biológicos podem ser chamadas de BioCAE, e poderá se tornar a chave para etapas importantes dos processos de Biofabricação e Bioimpressão de tecidos.
O BioCAE é uma nova abordagem computacional para compreender sistemas biológicos complexos de tecidos usando uma combinação de métodos, como a modelagem matemática multiescalar, simulações computacionais, mineração de dados biológicos funcionais, simulação de comportamento de estrutura, material e célula, machine learning de redes regulatórias, integrados com a biologia de sistemas.
O fenótipo celular e tecidual é imprescindível para o entendimento da regeneração tecidual.
Compreender as redes de interação de linhagens celulares, células induzidas/editadas e de tecidos é crucial para o desenvolvimento de novos Bioprocessos e Bioprodutos, como a biofabricação de tecidos e futuramente órgãos.
Com certeza, o uso de métodos computacionais como o BioCAE auxiliará de forma significativa o desenvolvimento de Bioprocessos e Bioprodutos, minimizando os custos, o tempo e o uso de animais.
Abaixo demonstramos conceitos da impressão 3D que são aplicados em todas as etapas da bioimpressão 3D de tecidos e órgãos, divergindo na precisão, nos materiais biológicos e no pós-processamento.
A bioimpressão é uma área emergente que utiliza a tecnologia da impressão 3D para construção de tecidos e órgãos. A impressão 3D é uma tecnologia de manufatura aditiva (camada por camada) composta de algumas etapas principais, tais como:
1- Construção do modelo virtual (CAD)
2- Fatiamento da imagem
3- Impressão 3D
4- Acabamento
Tecidos e órgãos "bioimpressos"
Recentes tendências da pesquisa envolvendo bioimpressão tem mostrado seu potencial promissor na biofabricação de pequenas estruturas teciduais, organoides e futuramente órgãos complexos.
Essa técnica oferece vantagens únicas comparadas aos métodos de microfabricação convencional, assim como microescala, alto rendimento de fabricação, e capacidade precisa de dispensar os esferoides teciduais com alta resolução espacial e temporal.
Nos últimos anos, muito progresso na pesquisa foi feito na tecnologia de bioimpressão e sua aplicação na geração de análogos de tecidos, incluindo pele, válvulas cardíacas, vasos sanguíneos, ossos, cartilagem, estruturas da córnea, fígado, tireoide e tecido cardíaco.
Embora tem havido um avanço crescente das tecnologias envolvidas no campo da bioimpressão 3D, é pertinente afirmar e reafirmar que nenhuma abordagem disponível hoje, possui a capacidade de produzir um órgão completamente funcional.
Muitos estudos ainda são necessários para a evolução desta tecnologia, principalmente a criação de equipes interdisciplinares.
Bioimpressoras
O equipamento utilizado para a biofabricação de tecidos, e futuramente órgãos, é chamado de bioimpressora.
Este equipamento é análago à uma impressora 3D. A principal diferença é o material biológico que é utilizado, podendo ser biomateriais, células e biomoléculas.
A primeira etapa é a modelagem do BioCAD (arquivo com a organização esturutal dos componentes do tecido). Muitos artigos exemplificam a utilização de imagens de Tomografia ou Ressonância para a bioimpressão, mas nós pesquisadores, sabemos que é necessário um tempo significativo de estudos sobre a histoarquitetura e a composição de cada tecido/órgão. A complexidade, a dinamicidade das células e a remodelagem biológica dos seus componentes é crucial para um projeto funcional do tecido.
Hoje, sabemos que é necessário muito mais que um arquivo da estutura 3D do órgão. Um estudo multiescalar do tecido se faz necessário, para um melhor entendimento da sua funcionalidade sistemática - a nível molecular, celular e tecidual.
A etapa de deposição do material biológico - células, biomateirais e biomoléculas - é feita com estratégias apropriadas e estão em constantes melhorias, para aumentar sua precisão.
