Um laser endurece o material líquido exatamente no ponto focal.
Usando tecnologia laser, Aleksandr Ovsianikov, da Universidade de Tecnologia de Viena, deseja criar microestruturas com células vivas incorporadas.
O comportamento das células depende fortemente de seu ambiente. Se eles forem pesquisados e manipulados, é crucial embuti-los em ambientes adequados. Aleksandr Ovsianikov está desenvolvendo um sistema a laser, que permite que células vivas sejam incorporadas em estruturas complexas feitas por taylor, semelhante ao tecido biológico, em que as células são circundadas pela matriz extracelular. Esta tecnologia é particularmente importante para o cultivo artificial de biotissue, para encontrar novos medicamentos ou para pesquisas com células-tronco. Ovsianikov recebeu agora a subvenção inicial ERC do European Research Council (ERC) de aproximadamente 1,5 milhões de euros.
Estruturas de alta tecnologia para pesquisa biomédica
"Cultivar células em uma superfície plana é fácil, mas essas culturas de células muitas vezes se comportam de maneira diferente das células em um tecido tridimensional real ", diz Aleksandr Ovsianikov. Embora em duas dimensões, placas de Petri convencionais são usadas, nenhum sistema padrão ainda está disponível para culturas de células tridimensionais. Essa matriz 3D precisa ser porosa, para que as células possam receber todos os nutrientes necessários. Além disso, é importante que a geometria, Os parâmetros químicos e mecânicos dessa matriz podem ser ajustados com precisão para estudar e induzir as respostas celulares necessárias. Também, é importante que a estrutura possa ser produzida rapidamente e em grandes quantidades, já que experimentos biológicos geralmente precisam ser realizados em muitas culturas de células ao mesmo tempo para produzir dados confiáveis.
Uma grade tridimensional pode ser produzida, que mantém a célula no lugar.
Esses requisitos são muito bem atendidos pelo grupo de pesquisa "Additive Manufacturing Technologies" da Universidade de Tecnologia de Viena. A equipe interdisciplinar de pesquisadores vem desenvolvendo tecnologias especiais para criar estruturas tridimensionais com precisão em escala submicrométrica. “Queremos desenvolver um método universal, que pode servir como um padrão para culturas de células tridimensionais e que pode ser adaptado para diferentes tipos de tecido e diferentes tipos de células ", diz Aleksandr Ovsianikov.
O laser transforma o líquido em um andaime feito sob medida
Inicialmente, as células estão suspensas em um líquido, que consiste principalmente em água. Moléculas amigáveis às células são adicionadas, que reagem com a luz de uma forma muito especial:um feixe de laser focalizado quebra as ligações duplas exatamente nos lugares certos. Uma reação química em cadeia faz com que as moléculas se liguem e criem um polímero.
Essa reação só é disparada quando dois fótons de laser são absorvidos ao mesmo tempo. Somente dentro do ponto focal do feixe de laser a densidade dos fótons é alta o suficiente para isso. O material fora do ponto focal não é afetado pelo laser. "É assim que podemos definir com precisão sem precedentes, em que pontos as moléculas devem se ligar e criar uma estrutura sólida ", explica Ovsianikov.
Guiando o foco do feixe de laser através do líquido, uma estrutura sólida é criada, em que as células vivas são incorporadas. As moléculas excedentes que não são polimerizadas são simplesmente removidas depois da lavagem. Por aqui, uma estrutura de hidrogel pode ser construída, semelhante à matriz extracelular que envolve nossas próprias células em tecido vivo. Idéias da natureza são imitadas no laboratório e utilizadas para aplicações tecnológicas. Esta abordagem, chamados de 'bio-miméticos' desempenham um papel cada vez mais importante, especialmente na ciência dos materiais. Aleksandr Ovsianikov está confiante de que, em muitos casos, esta tecnologia tornará os testes em animais desnecessários e produzirá resultados muito mais rápidos e significativos.
Transformando células-tronco em tecido
A pesquisa com células-tronco é um campo de aplicação particularmente interessante para a nova tecnologia. “Sabe-se que as células-tronco podem se transformar em diferentes tipos de tecido, dependendo do ambiente deles ", diz Aleksandr Ovsianikov. "Em cima de uma superfície dura, eles tendem a se desenvolver em células ósseas, em um substrato macio, eles podem se transformar em neurônios. "Na estrutura 3D gerada por laser, a rigidez do substrato pode ser ajustada para que diferentes tipos de tecido possam ser criados.
