Novo sistema fluídico avança no desenvolvimento de vasos sanguíneos artificiais e aplicações biomédicas
Um sistema VasFluidic com canais multi-ramificados e os canais perfundidos com líquido em seu interior. Crédito:Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45781-3 A natureza inspira consistentemente aplicações de engenharia. Recentemente, um grupo de pesquisadores da Faculdade de Engenharia da Universidade de Hong Kong (HKU) inspirou-se na rede vascular e desenvolveu um novo tipo de sistema fluídico denominado VasFluidics.
O sistema fluídico pode modular composições de fluidos através de reações espacialmente diferentes entre fluidos e paredes do canal, algo que ainda não foi realizado em sistemas fluídicos tradicionais.
Este trabalho foi conduzido pela equipe de pesquisa da Equipe de Microfluídica e Matéria Mole do Professor Anderson Ho Cheung Shum no Departamento de Engenharia Mecânica da Faculdade de Engenharia.
A descoberta deles foi publicada na Nature Communications , intitulado "Sistema fluídico inspirado em rede vascular (VasFluidics) com paredes membranosas espacialmente funcionalizáveis."
“O brilhante controle sobre a composição do sangue nos vasos é notável e essencial, inspirando-nos a pensar sobre como projetar novos sistemas fluídicos”, disse Yafeng Yu, o primeiro autor do projeto de pesquisa.
A rede vascular sanguínea, um sistema fluídico natural, inspirou a pesquisa. Guiada pela rede vascular, a equipe do professor Shum desenvolveu o VasFluidics, um sistema fluídico com paredes de membrana funcionalizáveis. Semelhante às paredes dos vasos sanguíneos, as paredes dos canais VasFluidic são finas, macias e capazes de alterar as composições líquidas por meios físicos ou químicos.
Este estudo demonstra o poder do VasFluidics no processamento de fluidos. Depois que regiões separadas do canal são depositadas com soluções ou revestidas com enzimas, algumas regiões dos canais VasFluidic permitem fisicamente que moléculas específicas passem através das paredes do canal, enquanto algumas alteram quimicamente as composições líquidas. Os resultados lembram os processos de adsorção de glicose e metabolismo no corpo humano.
"VasFluidics é bastante diferente dos sistemas fluídicos tradicionais. As paredes dos canais dos dispositivos tradicionais são normalmente impermeáveis e não podem funcionar como tecidos reais para 'comunicar-se' com fluidos dentro ou fora do canal para modulação de fluidos", explicou Yafeng Yu.
Imagem 3D de um canal VasFluidic (imagem de microscópio de varredura confocal a laser). Crédito:Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45781-3
A técnica relatada combina impressão 3D e automontagem de materiais macios. O grupo de pesquisa imprime um líquido dentro de outro líquido imiscível, montando membranas macias na interface líquido-líquido. Além da pesquisa relacionada à microfluídica, o grupo do professor Shum também se concentra na montagem de materiais macios na interface líquida. A base teórica e experimental de materiais macios em suas pesquisas anteriores abre caminho para a fabricação de dispositivos VasFluidic.
"VasFluidics tem aplicações promissoras, especialmente para projetar estruturas de microtúbulos e biotintas. Portanto, tem grande potencial para ser combinado com engenharia celular para desenvolver modelos de vasos sanguíneos artificiais, que deverão ser usados em aplicações biomédicas, como órgão em chip e organoides", disse o Dr. Yi Pan, um colaborador desta pesquisa, anteriormente Ph.D. aluno do grupo do Professor Shum e atualmente Professor Associado da Faculdade de Medicina da Southwest Jiaotong University.
Wei Guo, outro colaborador desta pesquisa e professor assistente de pesquisa no grupo do professor Shum, acrescentou:"Além dos méritos científicos e das potenciais aplicações biomédicas deste trabalho, ele também desperta nossa imaginação. O tecido vascular do corpo humano, um sistema de transporte eficiente, foi aperfeiçoado ao longo de milhões de anos de evolução.
"Ao demonstrar o potencial de sistemas sintéticos como o VasFluidics para reconstruir tecidos vasculares, esta pesquisa representa um avanço substancial em nossos esforços para imitar e aproveitar as capacidades extraordinárias dos sistemas mais precisos e eficientes da natureza."
A equipe do professor Shum tem se concentrado em técnicas microfluídicas de ponta para ir além no controle preciso de (bio)líquidos e na análise eficiente de amostras (bio)líquidas. Apesar do progresso em aplicações biomédicas assistidas por microfluídica, a equipe de pesquisa recusou-se a se contentar apenas com as configurações tradicionais.
Ao explorar e perceber o potencial da microfluídica para processamento e análise de biofluidos mais eficientes, a equipe percebe que são necessários novos paradigmas no projeto e fabricação de dispositivos fluídicos.
“Nosso objetivo de longo prazo é utilizar a microfluídica para desenvolver análises ultrassensíveis de fluidos corporais humanos, para auxiliar a medicina de precisão contra doenças e para beneficiar a saúde humana”, disse o professor Shum.
O professor Shum prevê que o sistema VasFluidics será pioneiro em plataformas biomiméticas com manipulação complexa de fluidos. "As aplicações biomédicas potenciais são ilimitadas. Exemplos são a modelagem in vitro da mecânica dos fluidos biológicos, a síntese de biomoléculas, a triagem de medicamentos e a modelagem de doenças em órgãos em chips", disse ele.
