É possível cultivar tecido em laboratório, por exemplo, para substituir cartilagem lesionada? Na TU Wien (Viena), foi dado um passo importante na criação de tecido de substituição em laboratório – utilizando uma técnica que difere significativamente de outros métodos utilizados em todo o mundo. O estudo está publicado na Acta Biomaterialia .



Um processo especial de impressão 3D de alta resolução é usado para criar pequenas esferas porosas feitas de plástico biocompatível e degradável, que são então colonizadas por células. Esses esferóides podem então ser organizados em qualquer geometria, e as células das diferentes unidades se combinam perfeitamente para formar um tecido vivo e uniforme. O tecido cartilaginoso, com o qual o conceito foi agora demonstrado na TU Wien, foi anteriormente considerado particularmente desafiador neste aspecto.

Pequenas gaiolas esféricas como andaime para as células

"Cultivar células de cartilagem a partir de células-tronco não é o maior desafio. O principal problema é que normalmente você tem pouco controle sobre a forma do tecido resultante", diz Oliver Kopinski-Grünwald do Instituto de Ciência e Tecnologia de Materiais da TU Wien, um dos autores do presente estudo. “Isso também se deve ao fato de que esses aglomerados de células-tronco mudam de forma com o tempo e muitas vezes encolhem”.

Para evitar isso, a equipe de pesquisa da TU Wien está trabalhando com uma nova abordagem:sistemas de impressão 3D de alta resolução baseados em laser especialmente desenvolvidos são usados ​​para criar pequenas estruturas semelhantes a gaiolas que se parecem com minibolas de futebol e têm um diâmetro de apenas um terço. de um milímetro. Eles servem como estrutura de suporte e formam blocos de construção compactos que podem ser montados em qualquer formato.

As células-tronco são introduzidas pela primeira vez nessas minigaiolas em forma de bola de futebol, que rapidamente preenchem completamente o pequeno volume. "Desta forma, podemos produzir de forma confiável elementos de tecido nos quais as células estão distribuídas uniformemente e a densidade celular é muito alta. Isso não teria sido possível com abordagens anteriores", explica o Prof. Aleksandr Ovsianikov, chefe do Departamento de Impressão 3D e Biofabricação. grupo de pesquisa da TU Wien.

Crescendo juntos perfeitamente

A equipe utilizou células-tronco diferenciadas – ou seja, células-tronco que não podem mais se desenvolver em nenhum tipo de tecido, mas já estão predeterminadas para formar um tipo específico de tecido, neste caso o tecido cartilaginoso. Essas células são particularmente interessantes para aplicações médicas, mas a construção de tecidos maiores é um desafio quando se trata de células cartilaginosas. No tecido cartilaginoso, as células formam uma matriz extracelular muito pronunciada, uma estrutura semelhante a uma malha entre as células que muitas vezes impede que diferentes esferóides celulares cresçam juntos da maneira desejada.

Se os esferóides porosos impressos em 3D forem colonizados com células da maneira desejada, os esferóides podem ser organizados em qualquer formato desejado. A questão crucial agora é:Será que as células de diferentes esferóides também se combinam para formar um tecido uniforme e homogéneo?

“Isso é exatamente o que conseguimos mostrar pela primeira vez”, diz Kopinski-Grünwald. "Sob o microscópio, você pode ver muito claramente:os esferóides vizinhos crescem juntos, as células migram de um esferóide para o outro e vice-versa, elas se conectam perfeitamente e resultam em uma estrutura fechada sem cavidades - em contraste com outros métodos que foram usado até agora, em que as interfaces visíveis permanecem entre aglomerados de células vizinhas."

Os minúsculos andaimes impressos em 3D proporcionam estabilidade mecânica à estrutura geral enquanto o tecido continua a amadurecer. Ao longo de alguns meses, as estruturas plásticas se degradam, simplesmente desaparecem, deixando para trás o tecido acabado no formato desejado.

Primeiro passo em direção à aplicação médica

Em princípio, a nova abordagem não se limita ao tecido cartilaginoso, podendo também ser utilizada para adaptar diferentes tipos de tecidos maiores, como o tecido ósseo. No entanto, ainda existem algumas tarefas a serem resolvidas ao longo do caminho – afinal, ao contrário do tecido cartilaginoso, os vasos sanguíneos também teriam que ser incorporados para esses tecidos acima de um determinado tamanho.

“Um objetivo inicial seria produzir pequenos pedaços de tecido cartilaginoso feitos sob medida que pudessem ser inseridos no material cartilaginoso existente após uma lesão”, diz Oliver Kopinski-Grünwald. "Em qualquer caso, conseguimos agora mostrar que o nosso método para produzir tecido cartilaginoso utilizando micro-andaimes esféricos funciona em princípio e tem vantagens decisivas sobre outras tecnologias."

Mais informações: Oliver Kopinski-Grünwald et al, Esferoides estruturados como blocos de construção para engenharia de tecido cartilaginoso de baixo para cima mostram dinâmica de biomontagem aprimorada, Acta Biomaterialia (2023). DOI:10.1016/j.actbio.2023.12.001
Fornecido pela Universidade de Tecnologia de Viena