Bioimpressão de músculo esquelético humano

September 21, 2018

Um importante grupo de pesquisadores da Escola de Medicina Wake Forest - uma das principais universidades americanas que investe intensivamente na área de bioimpressão de tecidos - publicou um trabalho recente na Scientific Report (NATURE), sobre a bioimpressão de músculo esquelético. 

 

O grupo utilizou a tecnologia de bioimpressão 3D para fabricar um tecido muscular esquelético implantável e bioimpresso, composto de células progenitoras musculares humanas (hMPCs).

 

O tecido muscular esquelético bioimpresso mostrou um feixe muscular multicamadas altamente organizado, feito por estruturas viáveis, densamente compactadas e alinhadas como miofibrilas - também conhecida como uma fibrila muscular.

 

 

 

 Figura 1. Imunolocalização de α-SA (vermelho) e laminina (verde), indicando a presença de miofibrilas com estrias cruzadas cercadas por matriz de laminina na construção bioimpressa. Diferente do controle que não foi bioimpresso. 

 

α-SA ou actinas α-sarcoméricas são componentes estruturais fundamentais do aparato contrátil, portanto, indicam as propriedades contráteis do músculo.

 

 

O estudo in vivo mostrou que as construções musculares bioimpressas atingiram 82% de recuperação funcional em um modelo de roedores com defeito muscular tibial anterior (TA) após 8 semanas de pós-implante. Além disso, exames histológicos e imuno-histológicos indicaram que os tecidos musculares bioimpressos estavam bem integrados com as redes vasculares e neurais do hospedeiro.

 

No esquema abaixo podemos ver as principais etapas do trabalho. O grupo utilizou um modelo em CAD, ou seja, um projeto virtual de como será lido o projeto do tecido por uma bioimpressora (figura 2 A e B). A tecnologia de bioimpressão necessita de arquivos CAD, também chamados de BioCADs e Blueprints, para as informações espaciais utilizadas na deposição do material/biomaterial/células/hidrogel. 

Após a importante etapa do BioCAD, o grupo utilizou na etapa de bioimpressão, os seguintes componentes:

  • Hidrogel carregado com uma células progenitoras de músculo humano (hMPC),

  • Hidrogel de gelatina acelular, 

  • Polímero sintético biocompatível e biodegradável de poli (e-caprolactona) para suporte (PCL) - usado apenas para dar suporte ao hidrogel. 

As células progenitoras de músculo foram isoladas a partir de biópsias de tecido muscular humano. Estas células são capazes de se diferenciar e se fundir para aumentar o número de fibras musculares existentes e formar novas fibras. Estão envolvidas no crescimento muscular normal, assim como na regeneração após lesão ou doença. 

 

 

 

Figura 2. Esquema das principais etapas da bioimpressão do tecido muscular. 

 

Para criar a organização celular na estrutura do músculo esquelético bioimpresso, várias fileiras de hidrogel carregados com células foram padronizadas em paralelo umas às outras, as quais foram ancoradas à estrutura do material sintético PCL (figura 1D).

A estrutura de suporte impressa em PCL permitiu alinhar as células bioimpressas longitudinalmente em resposta a sugestões mecânicas e para manter a integridade estrutural de construções de músculo de múltiplas camadas após a impressão. Para manter a viabilidade das células bioimpressas em construções musculares de grande escala (até 15 × 15 × 15 mm3, Fig. 1E), o grupo criou microcanais entre os hidrogéis carregados de células com base no limite de difusão de oxigênio e nutrientes, que é de ~ 200 µm (Fig. 1F).

Para determinar a importância da arquitetura organizada em estruturas de microcanais na construção do músculo esquelético, as construções bioimpressas e não bioimpressas (hMPCs em hidrogel sem impressão) foram preparadas com a mesma densidade celular (30 × 106 cells/ml) e dimensão (10 × 10 × 3 mm3).

 

Nas marcações para analisar a viabilidade os tecidos bioimpressos mostraram alta viabilidade celular (86,4 ± 3,5%) em comparação com as construções musculares não bioimpressas (63,0 ± 6,7%) em 1 dia em cultura (figura 3). Além disso, a maioria das células nas construções não bioimpressas morreu em 5 dias, enquanto a alta viabilidade celular foi mantida nas construções bioimpressas. 

 

As miofibras MHC + (em vermelho) nas construções bioimpressas apresentaram um aumento de 11,53 vezes quando comparadas com as construções não bioimpressas aos 7 dias de diferenciação, e as miofibrilas foram densamente empacotadas e alinhadas como mostra a figura 3B. 

 

 

Figura 3. Avaliações in vitro de construções de músculos bioimpressos em comparação com as construções não bioimpressas

 

O grupo demonstrou o potencial do uso do músculo esquelético bioimpresso com uma estrutura espacialmente organizada que pode reconstruir os extensos defeitos musculares.

 

 

Quer saber mais sobre esse trabalho? O link do trabalho completo está aqui: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6098064/

 

Mais matérias como essa estão disponíveis no blog sobre biofabricação e bioimpressão de tecidos - https://www.biofabricacao.com/blog

 

 

Para quem não me conhece:

Janaina Dernowsek, Bióloga Geneticista, Especialista em Pesquisa e Desenvolvimento na área de Biofabricação e Bioimpressão de Tecidos.

Idealizadora dos projetos BioEdTech e  Bio3Data. 

Desenvolvedora do site e do blog www.biofabricacao.com

 

 

 

 

Tags: Dernowsek, Bioimpressão, Brazil, Bioimpressora, Biofabricação

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