Todos os dias nos Estados Unidos, 17 pessoas morrem à espera de um transplante de órgão e, a cada nove minutos, outra pessoa é adicionada à lista de espera de transplante, de acordo com a Administração de Recursos e Serviços de Saúde. Uma solução potencial para aliviar a escassez é desenvolver biomateriais que possam ser impressos tridimensionalmente (3D) como formas complexas de órgãos, capazes de hospedar células e formar tecidos. As tentativas até agora, no entanto, falharam, com as chamadas biotintas de hidrogel a granel não se integrando adequadamente ao corpo e sustentando células em construções de tecidos espessos.
Agora, os pesquisadores da Penn State desenvolveram uma nova biotinta de hidrogel granular de nanoengenharia que faz uso de nanopartículas de automontagem e micropartículas de hidrogel, ou microgéis, para atingir níveis anteriormente não alcançados de porosidade, fidelidade de forma e integração celular.

A equipe publicou sua abordagem na revista Small . Seu trabalho será destaque na capa da revista.

“Desenvolvemos uma nova biotinta de hidrogel granular para a bioimpressão por extrusão 3D de andaimes microporosos de engenharia de tecidos”, disse o autor correspondente Amir Sheikhi, professor assistente de engenharia química da Penn State que tem uma nomeação de cortesia em engenharia biomédica. "Nós superamos as limitações anteriores de hidrogéis granulares de bioimpressão 3D, ligando reversivelmente os microgéis usando nanopartículas que se automontam. Isso permite a fabricação de biotinta de hidrogel granular com microporosidade bem preservada, capacidade de impressão aprimorada e fidelidade de forma."

Até o momento, a maioria das biotintas foi baseada em hidrogéis a granel – redes de polímeros que podem reter uma grande quantidade de água enquanto mantêm sua estrutura – com poros em nanoescala que limitam as interações célula-célula e célula-matriz, bem como a transferência de oxigênio e nutrientes. Eles também requerem degradação e/ou remodelação para permitir a infiltração e migração celular, retardando ou inibindo a integração biotinta-tecido.

“A principal limitação da bioimpressão 3D usando biotintas convencionais de hidrogel em massa é a troca entre fidelidade de forma e viabilidade celular, que é regulada pela rigidez e porosidade do hidrogel”, disse Sheikhi. “Aumentar a rigidez do hidrogel melhora a fidelidade da forma da construção, mas também reduz a porosidade, comprometendo a viabilidade celular”.

Para superar esse problema, os cientistas da área começaram a usar microgéis para montar andaimes de engenharia de tecidos. Em contraste com os hidrogéis a granel, esses andaimes de hidrogel granular foram capazes de formar construções 3D in situ, regular a porosidade das estruturas criadas e desacoplar a rigidez dos hidrogéis da porosidade.

No entanto, a viabilidade celular e a migração continuaram sendo um problema, disse Sheikhi. Para atingir as características positivas durante o processo de impressão 3D, os hidrogéis granulares devem ser compactados, comprometendo o espaço entre os microgéis e impactando negativamente a porosidade, o que, por sua vez, afeta negativamente a viabilidade e a motilidade das células.

A abordagem dos pesquisadores da Penn State aborda a questão do "bloqueio", mantendo as características positivas dos hidrogéis granulares, aumentando a aderência dos microgéis uns aos outros. Os microgéis aderem uns aos outros, eliminando a necessidade de empacotamento apertado como resultado da automontagem interfacial de nanopartículas adsorvidas aos microgéis e preservando os poros em microescala.

"Nosso trabalho é baseado na premissa de que as nanopartículas podem adsorver em superfícies de microgel polimérico e aderir reversivelmente os microgéis uns aos outros, sem preencher os poros entre os microgéis", disse Sheikhi. "O mecanismo de adesão reversível é baseado em nanopartículas carregadas de forma heterogênea que podem conferir ligação dinâmica a microgéis frouxamente embalados. Tais ligações dinâmicas podem se formar ou quebrar após a liberação ou esforço de força de cisalhamento, permitindo a bioimpressão 3D de suspensões de microgel sem embalá-las densamente."

Os pesquisadores dizem que essa tecnologia pode ser expandida para outras plataformas granulares compostas por microgéis poliméricos sintéticos, naturais ou híbridos, que podem ser montados entre si usando nanopartículas semelhantes ou outros métodos físicos e/ou químicos, como ligação reversível induzida por carga , interações hospedeiro-hóspede ou ligações covalentes dinâmicas.

De acordo com Sheikhi, os pesquisadores planejam explorar como a biotinta granular de nanoengenharia poderia ser aplicada para engenharia e regeneração de tecidos, modelos de órgãos/tecidos/doenças em um chip e bioimpressão 3D in situ de órgãos.

"Ao abordar um dos desafios persistentes na bioimpressão 3D de hidrogéis granulares, nosso trabalho pode abrir novos caminhos na engenharia de tecidos e na impressão de órgãos funcionais", disse Sheikhi. + Explorar mais

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