p O futuro da medicina é biológico - e os cientistas esperam que em breve estejamos usando tecido biologicamente funcional impresso em 3D para substituir o tecido irreparavelmente danificado no corpo. Uma equipe de pesquisadores do Instituto Fraunhofer de Engenharia Interfacial e Biotecnologia IGB vem trabalhando com a Universidade de Stuttgart há vários anos em um projeto para desenvolver e otimizar bioinks adequados para fabricação de aditivos. Ao variar a composição do biomaterial, os pesquisadores já conseguiram expandir seu portfólio para incluir tintas para ossos e vascularização. Isso lançou as bases para a fabricação de estruturas de tecido semelhante ao osso com redes capilares. p A impressão 3-D não está apenas ganhando espaço na manufatura - também está assumindo uma importância cada vez maior no campo da medicina regenerativa. Os cientistas agora esperam usar este método de manufatura aditiva para criar andaimes de tecido biocompatíveis sob medida que substituirão o tecido irreparavelmente danificado. Uma equipe de pesquisadores da Fraunhofer IGB em Stuttgart também está trabalhando em tintas de base biológica para a fabricação de implantes biológicos em laboratório usando técnicas de impressão 3-D. Para criar um objeto 3-D na forma pré-programada desejada, a equipe utiliza uma abordagem camada por camada para imprimir uma mistura líquida que compreende biopolímeros, como gelatina ou ácido hialurônico, meio aquoso e células vivas. Essas bio-tintas permanecem em um estado viscoso durante a impressão e, em seguida, são expostas à luz ultravioleta para reticulá-las em redes de polímero contendo água chamadas de hidrogéis.

p Modificação química direcionada de biomoléculas

p Os cientistas podem modificar quimicamente as biomoléculas para fornecer aos géis resultantes diferentes graus de reticulação e capacidade de expansão. Isso torna possível imitar a consistência do tecido natural - de hidrogéis mais fortes para a cartilagem a géis mais macios para o tecido adiposo. Ajustes amplos também podem ser feitos no nível de viscosidade:"À temperatura ambiente de 21 graus Celsius, a gelatina é tão firme quanto geleia, o que não é bom para impressão. Para evitar a gelificação dependente da temperatura e nos permitir processá-la independentemente da temperatura, nós 'mascaramos' as cadeias laterais das biomoléculas que são responsáveis ​​pela gelatina da gelatina, "diz o Dr. Achim Weber, chefe do Grupo de Sistemas e Formulações Baseados em Partículas, explicando um dos principais desafios encontrados no processo.

p Um outro desafio é que a gelatina deve ser reticulada quimicamente para evitar que se liquefaça a temperaturas de cerca de 37 graus. Para alcançar isto, é funcionalizado duas vezes:neste caso, a equipe de pesquisa optou pela integração de grupos metacriláveis ​​reticuláveis ​​nas biomoléculas, substituindo assim várias partes do grupo sem reticulação, mascarando grupos acetil - uma abordagem única no campo da bioimpressão. "Formulamos tintas que oferecem condições ajustadas para diferentes tipos de células e estruturas de tecidos, "diz a Dra. Kirsten Borchers, que é responsável por projetos de bioimpressão em Stuttgart.

p Em colaboração com a Universidade de Stuttgart, a equipe recentemente teve sucesso na criação de dois ambientes diferentes de hidrogel:géis mais rígidos com componentes minerais para atender às células ósseas, e géis mais suaves sem componentes minerais para permitir que as células dos vasos sanguíneos se formem em estruturas semelhantes a capilares.

p Tintas para osso e vascularização

p Os pesquisadores já conseguiram produzir tinta de osso com base no kit de material que criaram. Seu objetivo é permitir que as células processadas no kit regenerem o tecido original, em outras palavras, para formar o próprio tecido ósseo. O segredo para criar a tinta está em uma mistura especial do pó mineral ósseo hidroxilapatita e biomoléculas. “O melhor ambiente artificial para as células é aquele que mais se aproxima das condições naturais do corpo. É por isso que o papel da matriz do tecido em nossos tecidos impressos é desempenhado por biomateriais que geramos a partir de elementos da matriz do tecido natural, "diz o cientista.

p A tinta de vascularização forma géis suaves que auxiliam no estabelecimento de estruturas capilares. As células que formam os vasos sanguíneos são incorporadas às tintas. As células se movem, migram um em direção ao outro e formam sistemas de redes capilares consistindo de pequenas estruturas tubulares. Se este substituto ósseo fosse implantado, o implante biológico se conectaria ao sistema de vasos sanguíneos do receptor muito mais rápido do que um implante sem pré-estruturas semelhantes a capilares, conforme detalhado na literatura relevante. "Provavelmente seria impossível imprimir estruturas de tecido maiores em 3-D com sucesso sem tinta de vascularização, "diz Weber.

p O mais recente projeto de pesquisa da equipe de Stuttgart envolve o desenvolvimento de matrizes para regenerar a cartilagem. "Seja qual for o tipo de célula que isolarmos do tecido do corpo e multiplicar em laboratório, temos que criar um ambiente adequado no qual eles possam cumprir suas funções específicas por longos períodos de tempo, "explica o bioengenheiro da equipe, Lisa Rebers.

p O Fraunhofer IGB continua a desenvolver seu trabalho de pesquisa no Centro de Personalização em Massa de Alto Desempenho em Stuttgart, como parte de uma iniciativa conjunta com o Instituto Fraunhofer para Engenharia de Manufatura e Automação IPA e a Universidade de Stuttgart. O grupo de trabalho interdisciplinar Additive4Life é responsável pela criação de novas tecnologias e biomateriais imprimíveis para bioimpressão.