Reparação do nervo periférico com impressão 3D e Bioimpressão

October 5, 2018

Reparação do nervo periférico com enxertos utilizando a Impressão 3D e futuramente a Bioimpressão

 

Nas últimas duas décadas, vários métodos de fabricação, incluindo a impressão 3D e a bioimpressão, emergiram como tecnologias promissoras para os enxertos sintéticos e semissintéticos que mimetizam as características do nervo periférico nativo, com o objetivo de aumentar ou substituir enxertos de nervos autólogos.

 

O padrão ouro atual para reparo de falhas nervosas periféricas é a implantação de um enxerto de nervo autólogo saudável, que, no nível fundamental, tem a semelhança da microarquitetura original do nervo ausente ou danificado. No entanto, o uso de nervos doadores (por exemplo, sural, medial e ulnar) é acompanhada de morbidade do local doador e possível formação de neuroma - espessamento do nervo. 

 

A impressão 3D e a sua vertente mais inovadora - a Bioimpressão - oferecem a vantagem adicional de criar rapidamente matrizes compostas de nervos periféricos a partir de unidades menores, usando uma variedade de materiais sintéticos, naturais e biológicos.

 

Para progredir nestas pesquisas em um futuro imediato, provavelmente envolverá a implantação desses tipos de condutos complexos em um sistema in vivo para reconectar fascículos motores e sensitivos, e testar níveis de extensão nervosa e recuperação funcional do tecido (figura esquemática abaixo).

 

 

 Imagens esquemática sugerindo a bioimpressão in situ em um futuro "próximo".

(Angela R. Dixon, et al., 2018)

 

 

As principais características microestruturais do conduto nervoso, incluindo redes de microtúbulos, microcanais e poros, fornecem dicas físicas e químicas instrutivas que podem orientar o crescimento de axônios. O arranjo desses modelos estruturais geralmente permite a formação de unidades bioindutoras, como gradientes bioquímicos que fornecem nutrientes para estimular a sobrevivência das células ou infiltração celular. No trabalho de Karina Arcaute e colaboradores, foram produzidos condutos nervosos impressos em 3D com múltiplos lúmens para proporcionar área de superfície, juntamente com a estabilidade mecânica e estrutural necessária para suportar a sobrevivência e facilitar a brotação do axônio.

 

 

 

Conduto sintético com 7 lúmens produzido por impressão 3D.

(Karina Arcaute et al., 2011)

 

 

O conduto nervoso multi-lúmen exposto na figura acima é composto por polietilenoglicol (PEG) e produzido por impressão 3D - utilizando a tecnologia de Sinterização à Laser (SL) - fornecendo melhores propriedades de compressão e estabilidade estrutural em comparação com um projeto de lúmen único. O diâmetro interno do lúmen, a escolha do material e a topografia da superfície são outros elementos que também desempenham papéis-chave no sucesso da regeneração de nervos periféricos, utilizando a estrutura de múltiplos lúmens.

 

Ilustração esquemática das principais considerações de um projeto para uma construção neural ideal projetada. Wei Zhu et al., 2014.

 

 

A impressão 3D está gradualmente ganhando mais atenção como uma solução inteligente para a cura de redes nervosas periféricas danificadas. Idealmente, as células de suporte (por exemplo, células tronco, macrófagos e células substitutas), juntamente com biomoléculas adicionadas (por exemplo, fatores de transcrição e proteínas de substrato) e estruturas projetadas (por exemplo, lúmens, poros, canais) que fornecem, respectivamente, sinais físicos e químicos, podem ser estrategicamente impressas num arranjo robusto mecanicamente semelhante a nervo. Espera-se que, após a implantação, essa estrutura impressa em 3D possa recapitular as principais etapas do processo de regeneração do nervo e resistir às tensões encontradas durante os movimentos normais. No entanto, os pesquisadores devem ter em mente que o sistema nervoso periférico é capaz de algum grau de plasticidade, o que pode anular a necessidade de replicar todas as características estruturais do nervo com precisão de 100%, e o conduto impresso deve conter detalhes estruturais suficientes apenas para facilitar a regeneração nervosa, e integração da matriz nervosa existente.

 

Uma vez que os métodos para reconstruir o tecido nervoso com impressoras 3D forem otimizados, será fácil visualizar o processo de varredura de um defeito no caminho do nervo periférico antes de implementar configurações de bioimpressão robótica para restaurar o tecido nervoso danificado in situ (Figura 1 esquemática).

 

Por fim, devemos informar sobre os grandes desafios regulatórios e clínicos que devem ser superados para a tradução da tecnologia de impressão 3D e bioimpressão para a clínica.

 

 

 

 

 

 

Referências da matéria:

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

 

 

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