Os engenheiros da Brown University demonstraram uma técnica para fazer biomateriais impressos em 3-D que podem degradar sob demanda, que pode ser útil na fabricação de dispositivos microfluídicos intrincadamente padronizados ou na produção de culturas de células que podem mudar dinamicamente durante os experimentos.

"É um pouco como Legos, "disse Ian Wong, professor assistente na Escola de Engenharia de Brown e co-autor da pesquisa. "Podemos anexar polímeros para construir estruturas 3-D, e, em seguida, separe-os novamente em condições biocompatíveis. "

A pesquisa está publicada na revista. Lab on a Chip .

A equipe de Brown fez suas novas estruturas degradáveis ​​usando um tipo de impressão 3-D chamada estereolitografia. A técnica usa um laser ultravioleta controlado por um sistema de design auxiliado por computador para rastrear padrões na superfície de uma solução de polímero fotoativo. A luz faz com que os polímeros se liguem, formando estruturas 3-D sólidas a partir da solução. O processo de rastreamento é repetido até que um objeto inteiro seja construído de baixo para cima.

A impressão estereolitográfica geralmente usa polímeros fotoativos que se ligam a ligações covalentes, que são fortes, mas irreversíveis. Para este novo estudo, Wong e seus colegas queriam tentar criar estruturas com ligações iônicas potencialmente reversíveis, que nunca tinha sido feito antes usando impressão 3-D baseada em luz. Para fazer isso, os pesquisadores fizeram soluções precursoras com alginato de sódio, um composto derivado de algas marinhas que é conhecido por ser capaz de reticulação iônica.

"A ideia é que as ligações entre os polímeros devem se desfazer quando os íons são removidos, o que podemos fazer adicionando um agente quelante que agarra todos os íons, "Wong disse." Desta forma, podemos padronizar estruturas transitórias que se dissolvem quando queremos.

Os pesquisadores mostraram que o alginato realmente pode ser usado em estereolitografia. E usando diferentes combinações de sais iônicos - magnésio, bário e cálcio - eles podem criar estruturas com rigidez variável, que poderia então ser dissolvido em taxas variáveis.

A pesquisa também mostrou várias maneiras em que tais estruturas temporárias de alginato podem ser úteis.

"É uma ferramenta útil para a fabricação, "disse Thomas M. Valentin, um Ph.D. estudante no laboratório de Wong em Brown e principal autor do estudo. Os pesquisadores mostraram que podiam usar o alginato como modelo para fazer dispositivos lab-on-a-chip com canais microfluídicos complexos.

"Podemos imprimir a forma do canal usando alginato, em seguida, imprima uma estrutura permanente em torno dele usando um segundo biomaterial, "Valentin disse." Então nós simplesmente dissolvemos o alginato e temos um canal oco. Não temos que fazer nenhum corte ou montagem complexa. "

Os pesquisadores também mostraram que as estruturas degradáveis ​​de alginato são úteis para criar ambientes dinâmicos para experimentos com células vivas. Eles realizaram uma série de experimentos com barreiras de alginato cercadas por células mamárias humanas, observando como as células migram quando a barreira é dissolvida. Esses tipos de experimentos podem ser úteis na investigação de processos de cicatrização de feridas ou a migração de células no câncer.

Os experimentos mostraram que nem a barreira de alginato nem o agente quelante usado para dissolvê-lo tinham qualquer toxicidade apreciável para as células. Isso sugere que barreiras degradáveis ​​de alginato são uma opção promissora para tais experimentos.

A biocompatibilidade do alginato é promissora para futuras aplicações adicionais, inclusive na fabricação de andaimes para tecidos e órgãos artificiais, dizem os pesquisadores.

"Podemos começar a pensar em usar isso em tecidos artificiais, onde você pode querer canais que imitem vasos sanguíneos, "Nós poderíamos potencialmente moldar essa vasculatura usando alginato e então dissolvê-la como fizemos para os canais microfluídicos", disse Wong.

Os pesquisadores planejam continuar experimentando suas estruturas de alginato, procurando maneiras de ajustar suas propriedades de resistência e rigidez, bem como o ritmo de degradação.