Um chip com vasos sanguíneos naturais
Criar vasos sanguíneos artificiais em modelos de órgãos em miniatura de uma forma rápida e reprodutível
Como podemos investigar os efeitos de um novo medicamento? Como podemos compreender melhor a interação entre diferentes órgãos para compreender a resposta sistémica? Na investigação biomédica, os chamados órgãos num chip, também designados por sistemas microfisiológicos, estão a tornar-se cada vez mais importantes: ao cultivar estruturas de tecidos em chips microfluídicos controlados com precisão, é possível realizar investigações com muito mais exatidão do que em experiências que envolvem seres humanos ou animais vivos.
No entanto, tem havido um grande obstáculo: esses mini-órgãos não estão completos sem vasos sanguíneos. Para facilitar estudos sistemáticos e assegurar comparações significativas com organismos vivos, é necessário criar uma rede de vasos sanguíneos e capilares perfusíveis - de uma forma que seja precisamente controlável e reproduzível. Foi exatamente isso que se conseguiu agora na TU Wien: a equipa estabeleceu um método que utiliza impulsos laser ultracurtos para criar pequenos vasos sanguíneos de forma rápida e reproduzível. As experiências mostram que estes vasos se comportam exatamente como os dos tecidos vivos. Os lóbulos do fígado foram criados num chip com grande sucesso.
Células reais em microcanais artificiais
"Se quisermos estudar a forma como determinados fármacos são transportados, metabolizados e absorvidos em diferentes tecidos humanos, precisamos das melhores redes vasculares", afirma Alice Salvadori, membro do Grupo de Investigação de Impressão 3D e Biofabricação criado pelo Prof. Aleksandr Ovsianikov na TU Wien.
Idealmente, esses vasos sanguíneos têm de ser criados diretamente dentro de materiais especiais chamados hidrogéis. Os hidrogéis fornecem suporte estrutural para as células vivas, sendo permeáveis de forma semelhante aos tecidos naturais. Ao criar canais minúsculos dentro destes hidrogéis, torna-se possível orientar a formação de estruturas semelhantes a vasos sanguíneos: as células endoteliais - as células que revestem o interior dos vasos sanguíneos reais no corpo humano - podem instalar-se dentro destas redes de canais. Isto cria um modelo que imita de perto a estrutura e a função dos vasos sanguíneos naturais.
O maior desafio até agora tem sido a geometria: a forma e o tamanho destas redes microvasculares têm sido difíceis de controlar. Nas abordagens baseadas na auto-organização, a geometria dos vasos varia significativamente de uma amostra para outra. Isto torna impossível a realização de experiências reprodutíveis e controladas com precisão - no entanto, é exatamente isso que é necessário para uma investigação biomédica fiável.
Hidrogel melhorado e precisão do laser
A equipa da TU Wien baseou-se, por isso, em tecnologia laser avançada: com a ajuda de impulsos laser ultra-curtos na gama dos femtosegundos, podem ser escritas estruturas 3D altamente precisas diretamente no hidrogel - de forma rápida e eficiente.
"Podemos criar canais com uma distância de apenas cem micrómetros. Isto é essencial quando se pretende reproduzir a densidade natural dos vasos sanguíneos em órgãos específicos", afirma Aleksandr Ovsianikov.
Mas não se trata apenas de precisão: os vasos sanguíneos artificiais têm de ser formados rapidamente e também permanecer estruturalmente estáveis depois de serem povoados com células vivas. "Sabemos que as células remodelam ativamente o seu ambiente. Isso pode levar a deformações ou mesmo ao colapso dos vasos", explica Alice Salvadori. "É por isso que também melhorámos o processo de preparação do material".
Em vez de utilizar o método padrão de gelificação numa única fase, a equipa utilizou um processo de cura térmica em duas fases: o hidrogel é aquecido em duas fases, utilizando temperaturas diferentes, em vez de apenas uma. Isto altera a sua estrutura de rede, produzindo um material mais estável. Os vasos formados nesse material permanecem abertos e mantêm a sua forma ao longo do tempo.
"Não só demonstrámos que podemos produzir vasos sanguíneos artificiais que podem ser efetivamente perfundidos. O que é ainda mais importante: Desenvolvemos uma tecnologia escalável que pode ser utilizada à escala industrial", afirma Aleksanr Ovsianikov. "Demora apenas 10 minutos a modelar 30 canais, o que é pelo menos 60 vezes mais rápido do que outras técnicas."
Simular a inflamação: Reacções naturais num chip
Para que os processos biológicos possam ser modelados de forma realista num chip, os tecidos artificiais devem comportar-se como os seus homólogos naturais. E isso também já foi demonstrado:
"Mostrámos que estes vasos sanguíneos artificiais são colonizados por células endoteliais que reagem exatamente como as células reais do corpo", diz Alice Salvadori. "Por exemplo, reagem à inflamação da mesma forma, tornando-se mais permeáveis, tal como os vasos sanguíneos reais."
Este é um passo importante para estabelecer a tecnologia lab-on-a-chip como um padrão industrial em muitos campos da investigação médica.
Grande sucesso com tecido hepático
"Utilizando esta abordagem, conseguimos vascularizar um modelo de fígado. Em colaboração com a Universidade de Keio (Japão), desenvolvemos um lóbulo do fígado em chip que incorpora uma rede vascular 3D controlada, imitando de perto a disposição in vivo da veia central e dos sinusóides", afirma Aleksandr Ovsianikov.
"Replicar a densa e intrincada microvasculatura do fígado tem sido um desafio na investigação de órgãos em chip. Ao construir várias camadas de microvasos que cobrem todo o volume do tecido, conseguimos assegurar um fornecimento adequado de nutrientes e oxigénio, o que, por sua vez, levou a uma melhor atividade metabólica no modelo de fígado. Acreditamos que estes avanços nos aproximam um pouco mais da integração da tecnologia Organ-on-a-chip na descoberta de medicamentos pré-clínicos", afirma Masafumi Watanabe (Universidade de Keio).
"A tecnologia OoC e a tecnologia laser avançada funcionam bem em conjunto para criar modelos mais fiáveis de vasos sanguíneos e tecidos hepáticos. Um avanço importante é a capacidade de construir tecidos minúsculos num chip que permitem que o líquido flua através deles, semelhante à forma como o sangue flui no corpo. Isto ajuda os investigadores a compreender melhor a forma como o fluxo sanguíneo afecta as células. A tecnologia OoC também permite observar de perto a reação das células ao microscópio. Estes modelos ajudarão os cientistas a estudar o funcionamento do corpo e poderão conduzir a melhores tratamentos e cuidados de saúde no futuro", afirma o Prof. Ryo Sudo da Universidade de Keio.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
Publicação original
Outras notícias do departamento ciência
