Tecnologias 3D

O mundo da ficção científica dos órgãos impressos em 3D

O mundo da ficção científica dos órgãos impressos em 3D

De volta com a impressão 3D. Como mencionamos em artigos anteriores sobre manufatura aditiva, a impressão 3D terá impacto em quase todas as grandes indústrias em todo o mundo, incluindo saúde. Já vimos como a impressão 3D poderia beneficiar o setor de saúde com a recente pandemia de coronavírus.

Empresas líderes de impressão 3D como Carbon, Prusa Research e Formlabs estão imprimindo protetores faciais, máscaras e ferramentas hospitalares cruciais para profissionais de saúde. A comunidade geral de impressão 3D tem trabalhado arduamente para aliviar a pressão sobre as cadeias de suprimentos e governos.

A impressão 3D traz a promessa de mudar o setor de saúde para melhor, oferecendo aos pacientes coisas como medicamentos mais inteligentes e próteses hiperpersonalizadas. No entanto, como algo saído do filme Dark Man de 1990, pode se tornar comum os médicos imprimirem órgãos para tratar pacientes. Na verdade, isso já está acontecendo. Pesquisadores de várias universidades importantes imprimiram em 3D os principais órgãos humanos em funcionamento. Atualmente, em todo o mundo, e especialmente nos Estados Unidos, a escassez de órgãos é uma grande preocupação crescente para a saúde.

Órgãos impressos em 3D podem salvar vidas de pessoas

Devido à enorme demanda por órgãos, estima-se que900,000 mortes a cada ano poderiam ser evitadas usando órgãos engenheirados. Atualmente, nos Estados Unidos, existem 113,000 homens, mulheres e crianças na lista nacional de espera para transplante em julho de 2019. Infelizmente, em média,20 pessoas morrem a cada dia à espera de um transplante, enquanto a cada 10 minutos uma nova pessoa é adicionada à lista de espera. Órgãos impressos em 3D são uma solução viável. Ainda mais, esses órgãos de engenharia vão muito além de seus benefícios práticos, pois esses novos órgãos de engenharia são muito econômicos.

Por exemplo, de acordo com a Fundação Nacional para Transplantes, um transplante de rim padrão pode custar em média mais de $300,000, enquanto uma bioprinter 3D, a impressora usada para criar órgãos impressos em 3D, pode custar tão pouco quanto $10,000 com previsão de redução de custos à medida que a tecnologia evolui nos próximos anos. Profissionais médicos e pesquisadores estão entusiasmados com a era dos órgãos impressos em 3D.

Hoje vamos explorar mais as implicações da bioimpressão 3D, os desafios, os benefícios e as questões potenciais deste novo produto revolucionário. Nos próximos anos, a demanda por bioimpressão só deverá aumentar.

O básico: O que é Bioprinting 3D?

Você pode ouvir o processo de órgãos impressos em 3D descrito como bioimpressão 3D, com os produtos finais (órgãos) sendo chamados de órgãos projetados. Resumindo, o processo de Bioprinting é semelhante a muitos dos processos de manufatura aditiva com os quais você está familiarizado. No entanto, neste caso, manufatura aditiva, o processo envolve a combinação de células e fatores de crescimento para criar uma estrutura semelhante a um tecido e, eventualmente, órgãos. Pense em sua impressora FDM padrão. Provavelmente, você tem um em sua área de trabalho agora ou viu um em ação. O processo é muito semelhante.

Quando você deseja imprimir algo em 3D, a primeira coisa que você precisa fazer é criar um modelo digital, que por sua vez é impresso em um objeto 3D físico usando termoplástico, camada por camada. A biimpressão funciona de forma semelhante, com os pesquisadores criando um modelo do tecido que desejam criar, seguido pelo processo de impressão, que é o objeto final, camada por camada. No entanto, como as impressoras estão usando células estéreis, a resolução da impressão (altura da camada) e a estrutura da matriz precisam ser preparadas adequadamente para a impressão.

Dividindo ainda mais, parecendo muito com a pré e pós-produção da impressão de SLA, existem etapas específicas que os pesquisadores executam para garantir que os órgãos sejam impressos corretamente. Em primeiro lugar, durante a fase de pré-produção, os profissionais médicos criam o modelo digital para sua impressão usando tecnologias como tomografia computadorizada e ressonância magnética. As impressoras são então preparadas e esterilizadas antes da impressão, como meio de otimizar a viabilidade celular.

Em seguida, o modelo é enviado para a impressora. Em vez de usar um termoplástico, os pesquisadores usam bioink para imprimir suas estruturas. A tinta Bioink é extrudada camada por camada com uma espessura média de cerca de 0,5 mm ou menos. Ainda assim, assim como um filamento, o bioink é colocado em um cartucho de impressora e é usado para criar o modelo 3D físico. Por fim, na fase de pós-produção, após a finalização da impressão, os pesquisadores estimulam mecânica e quimicamente a peça para garantir a criação de estruturas estáveis. O processo de solidificação do órgão geralmente é auxiliado pela luz ultravioleta, produtos químicos específicos ou mesmo ocasionalmente calor.

Bioink é o “filamento” usado em bioprinters

Conforme mencionado acima, Bioink é usado para criar os tecidos artificiais modelados durante o processo de bioimpressão 3D. Múltiplas propriedades diferentes tornam o Bioink excepcionalmente perfeito para a tarefa precisa em mãos. Após uma inspeção mais aprofundada, você perceberá que esse bioink é composto de células e um material transportador, que geralmente é um gel de biopolímero.

Embora os bioinks possam ser totalmente feitos de células, esse gel de biopolímero é necessário para manter as células no lugar, permitindo que cresçam, se espalhem e até mesmo se multipliquem, protegendo as células durante o processo de impressão 3D. Sem este gel de biopolímero, o processo de impressão em tecido 3D seria muito mais difícil.

Quando impresso em uma impressora FDM, o bico usado para o processo de impressão é aquecido a altas temperaturas para derreter o plástico e criar a peça desejada. Ao usar a bioprinter 3D, o processo é o mesmo e novamente destaca a importância do polímero. Como o bioink passa pelo bico de uma impressora, o calor não deve “cozinhar” a célula.

O gel de biopolímero evita que as células fiquem muito quentes durante o processo de impressão. Ainda mais durante este mesmo processo, as propriedades viscoelásticas do gel ajudam a evitar que as células sejam danificadas durante o processo de extrusão para fora do bico durante a impressão.

Agora, se você está se perguntando o que mais pode encontrar na mini sopa celular de bioinks, hoje você está com sorte. Conforme afirmado pela equipe da All3DP, “... os bioinks dependem de uma combinação de vários polímeros para alcançar algum tipo de meio-termo onde as restrições químicas, físicas e biológicas são respeitadas”. Normalmente, o Bioink pode incluir qualquer coisa, desde ácido hialurônico a colágeno, alginato, celulose e até seda.

As pessoas já imprimiram órgãos em 3D?

A resposta curta, sim. Em 2017, uma equipe de engenheiros da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang desenvolveu e imprimiu em 3D o que apelidaram de “bio-vasos sanguíneos”, utilizando materiais do corpo humano como modelo para o processo. O vaso sanguíneo funcionou perfeitamente, sem problemas. Enquanto pesquisadores da Universidade de Harvard, apenas um ano antes, desenvolveram um novo tipo de bioink especificamente para rins, permitindo que a equipe de pesquisadores criasse partes funcionais cruciais do rim.

Enquanto uma equipe da startup de bioimpressão Organovo, em San Diego, já demonstrou que pode imprimir patches de fígado humano e implantá-los em ratos. No entanto, os objetivos da equipe Organovo não param por aí. Conforme mencionado em seu site, “Somos pioneiros em um conjunto exclusivo de recursos terapêuticos e de criação de perfis de medicamentos com base em nossa capacidade revolucionária de bioprint 3D de tecidos que imitam aspectos-chave da biologia e doenças humanas. Estamos nos esforçando para mudar a face da medicina por meio do desenvolvimento clínico de terapias de medicina regenerativa para o tratamento de doenças e possibilitando a descoberta de medicamentos translacionais ”.

Os testes em humanos para os transplantes de fígado podem começar ainda este ano. A ideia de bioimpressão de órgãos humanos não é mais uma ideia distante da ficção científica. Pesquisadores de empresas privadas e universidades importantes imprimiram orelhas, pulmões e até um coração.

A tecnologia de biimpressão está longe de ser perfeita

Sim, houve vários esforços bem-sucedidos na criação de tecidos e órgãos projetados. No entanto, a tecnologia ainda tem um longo caminho a percorrer antes de ser totalmente adaptada em hospitais perto de você. Existem alguns obstáculos óbvios que precisamos superar.

Primeiro, a bioimpressão precisa se tornar mais rápida, além de ser capaz de produzir tecidos em uma resolução mais alta. Ser capaz de imprimir um órgão em 3D em questão de horas ou minutos pode tornar a bioimpressão 3D muito mais atraente comercialmente. Enquanto a resolução mais alta permitiria uma melhor interação e controle no microambiente 3D.

Em segundo lugar, precisamos de mais biomateriais. No momento, é como imprimir com apenas alguns filamentos. Assim como com uma impressora FDM ou mesmo SLA, você usa diferentes materiais de impressão para lidar com diferentes trabalhos.

O mesmo se aplica ao mundo do bioink e aos complexos e vários tipos de tratamentos médicos de tecidos de que os humanos podem precisar. No entanto, a tecnologia é empolgante e, como mencionado acima, pode salvar milhões de vidas em breve. A competição crescente no setor privado pode ajudar a gerar a inovação rápida necessária para tornar a impressão 3D viável.

O que você acha do mundo da bioimpressão 3D? Essa tecnologia vai revolucionar o setor de saúde?


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