Pesquisadores fabricam similares 3D de estruturas biológicas para testagem de substâncias, medicamentos e controle de doenças
A biofabricação é um campo de pesquisa, desenvolvimento e inovação multidisciplinar que combina princípios de engenharia, biologia e ciências dos materiais, pelo uso de processos de manufatura para criar construções que imitam, em certa medida, a arquitetura dos sistemas vivos no espaço (3D). Esta área debutou no cenário científico com estratégias potenciais para engenharia de tecidos e medicina regenerativa visando à produção de tecidos para reconstrução, órgãos para transplantes e modelos organoides para descoberta de novos fármacos, mas agora diversas outras áreas se beneficiam desse campo emergente.
É exatamente esse o contexto de atuação do projeto “Prototipagem e fabricação rápida de miméticos de biofilmes, tecidos e órgãos utilizando bioimpressoras 3D para testes de atividade biológica in vitro de compostos bioativos e nanossistemas obtidos utilizando plantas do Cerrado”. Realizada por pesquisadores do Laboratório de Nanobiotecnologia (LNANO) da Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia (Cenargen), com fomento da Fundação de Apoio à Pesquisa do Distrito Federal (FAPDF), a pesquisa tem o objetivo de prototipar e realizar a fabricação rápida de similares de estruturas biológicas para testes de investigação da atividade biológica de substâncias, medicamentos, novos cosméticos, agroquímicos, alimentos, etc.
Pesquisador e coordenador do projeto, Luciano Paulino, em atividade no laboratório | Foto: LNANO
“As estruturas originais são estruturas naturais encontradas nos organismos vivos que serviram de modelos para elaborarmos desenhos assistidos por computador (CAD) para, a partir destes, com bioimpressoras e outras técnicas de biofabricação, conseguirmos construir, camada a camada, estruturas similares às originais. As estruturas similares construídas são os chamados modelos 3D bioimpressos”, explica o coordenador do projeto e pesquisador do LNANO, Luciano Paulino da Silva.
A iniciativa é pioneira no Distrito Federal no que diz respeito a fabricar similares de estruturas biológicas visando à realização de triagem de substâncias bioativas e nanomateriais. Também de modo pioneiro, nanomateriais foram empregados nos processos de biofabricação para conferir propriedades novas aos biomiméticos.
Como funciona a bioimpressão
A manufatura aditiva, mais comumente conhecida como impressão 3D, é um processo de fabricação de objetos sólidos a partir de um arquivo digital contendo informações de coordenadas espaciais. A criação de um objeto impresso em 3D é alcançada por meio de um processo aditivo realizado pela deposição de camadas até a confecção do objeto inteiro utilizando variados tipos de materiais, incluindo metais, resinas, polímeros e, mais recentemente, até mesmo componentes biológicos como biomoléculas e células vivas.
“Quando componentes biológicos estão envolvidos no processo de fabricação e prototipagem 3D o processo é denominado de biofabricação 3D e a técnica de bioimpressão 3D vem sendo considerada o padrão ouro dessas estratégias que constituem algumas das inovações mais recentes em biotecnologia. Com o uso da bioimpressão 3D é possível a produção de pequenos arranjos organizados de células para ensaios de atividade e até mesmo, no futuro, poderá permitir a fabricação de órgãos inteiros para transplantes”, ressalta Luciano Paulino.
O cientista explica que a bioimpressão 3D é um processo tecnológico para prototipagem em diversos tamanhos e formas, com níveis de organização hierárquica variando de estruturas micrométricas até complexos formados por camadas altamente organizadas de múltiplos tipos celulares e biomateriais. De maneira geral, a função e viabilidade das células e componentes biológicos presentes e confinados nas estruturas bioimpressas em 3D são preservadas, permitindo que ambientes espaciais complexos de organismos sejam imitados (mimetizados), técnica que permite, inclusive, a redução da utilização de animais em experimentos e testagens. “Portanto, ambientes biológicos são criados e organizados com o uso de bioimpressoras 3D e expandem o cenário de possibilidades para testes de compostos bioativos e nanossistemas que vão muito além de células isoladas e descontextualizadas, comumente empregadas em testes de atividade biológica in vitro em ensaios típicos”, conclui o pesquisador.
Diversidade de formas de biofabricados | Foto: LNANO
Saúde pública
A equipe do LNANO tem empreendido esforços nos últimos anos para prospectar extratos vegetais, assim como realizar a síntese e caracterização de sistemas nanoparticulados utilizando plantas e outros organismos da biodiversidade do Cerrado, incluindo muitas espécies endêmicas no Distrito Federal.
O objetivo dessa vertente da pesquisa é produzir e caracterizar novos materiais organizados em nanoescala com potencial para aplicação no controle de patógenos, pragas e doenças que acometem plantas, animais e humanos. Entretanto, o coordenador destaca um desafio recorrente encontrado pela equipe, assim como profissionais que atuam na área de prospecção de substâncias bioativas, que é a baixa disponibilidade de modelos biológicos reprodutíveis para investigação dos efeitos desses materiais in vitro antes da realização de ensaios de atividade biológica in vivo.
Exposição do trabalho do LNANO durante a Semana Nacional de Ciência e Tecnologia de 2018 | Foto: LNANO
Por isso, o pesquisador ressalta a importância da bioimpressão 3D: “ a possibilidade de bioimpressão 3D de diversos tipos celulares e em diferentes condições experimentais, incluindo uma variedade de biopolímeros (ex: colágeno, quitosana, celulose, entre outros) e polímeros biocompatíveis (ex: Pluronic), constitui uma alternativa eficaz para mimetizar (simular) o ambiente biológico para um patamar muito além daquele possibilitado pelos ensaios em camadas planares (2D) ou em células planctônicas em cultivo. Assim, a ampliação das possibilidades conferidas com as bioimpressoras 3D e materiais adquiridos com o projeto fomentado pela FAPDF expandiu o escopo de atuação da equipe executora e colaboradores atuando no Distrito Federal e em outras regiões do país”. O projeto recebeu apoio da FAPDF no âmbito do “Edital 03/2016 – Demanda Espontânea”.
De acordo com Luciano Paulino, os resultados obtidos com o projeto disponibilizaram novas estratégias e metodologias para bioimpressão 3D com vistas ao confinamento de células em matrizes biológicas, biomateriais e materiais biocompatíveis para investigação dos efeitos de compostos bioativos e nanossistemas desenvolvidos pela equipe a partir de extratos de plantas do Cerrado. Os estudos permitiram também o fortalecimento dessa linha de pesquisa na Embrapa Cenargen, assim como a continuação da formação de recursos humanos nas áreas relacionadas. O projeto também originou artigos científicos e apresentações em congressos.
Assista breve explicação do pesquisador Luciano Paulino sobre o projeto aqui.
Acesse a produção científica do projeto por temática:
Nanomateriais:
https://www.sciencedirect.com/
https://link.springer.com/
https://link.springer.com/
Biofilmes bacterianos em 3D:
https://www.sciencedirect.com/
https://www.sciencedirect.com/
Bioimpressão 3D de miméticos de tecidos e órgãos:
https://repositorio.unb.br/
Fonte: LNANO / Edição: Thainá Salviato – Ascom/FAPDF
FAPDF
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