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Pesquisadores criam minifígado funcional por impressão 3D

Publicado em 20 novembro 2019

Por Maria Fernanda Ziegler, da Agência FAPESP

A partir de células sanguíneas humanas, pesquisadores brasileiros conseguiram obter organoides hepáticos – ou minifígados – capazes de exercer as funções típicas do órgão, como produção de proteínas vitais, secreção e armazenamento de substâncias. A inovação permite a produção de tecido hepático no laboratório em apenas 90 dias e pode se tornar, no futuro, uma alternativa ao transplante de órgãos.

No estudo, realizado no Centro de Pesquisa sobre o Genoma Humano e Células-Tronco (CEGH-CEL) – um Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID) financiado pela FAPESP na Universidade de São Paulo (USP) –, foram combinadas técnicas de bioengenharia, como reprogramação celular e produção de células-tronco pluripotentes, com a bioimpressão 3D. A estratégia permitiu que o tecido produzido pela impressora mantivesse as funções hepáticas por um período mais longo que o registrado em trabalhos anteriores de outros grupos.

“Ainda existem etapas a serem alcançadas até obtermos um órgão completo, mas estamos em um caminho muito promissor. É possível que, em um futuro próximo, em vez de esperar por um transplante de órgão seja possível pegar a célula da própria pessoa e reprogramá-la para construir um novo fígado em laboratório. Outra vantagem importante é que, como são células do próprio paciente, a chance de rejeição seria, em teoria, zero”, disse Mayana Zatz, coordenadora do CEGH-CEL e coautora do artigo publicado na revista Biofabrication .

Técnica desenvolvida no Centro de Pesquisa sobre o Genoma Humano e Células-Tronco – um CEPID da FAPESP na USP – permite a produção de tecido hepático no laboratório em apenas 90 dias e pode se tornar uma alternativa à doação de órgãos no futuro ( foto: Daniel Antonio / Agência FAPESP)

A inovação do estudo está na forma de incluir as células na biotinta usada para formar o tecido na impressora 3D. “Em vez de imprimir células individualizadas, desenvolvemos uma maneira de agrupá-las antes da impressão. São esses ‘gruminhos’ de células, ou esferoides, que constituem o tecido e mantêm a sua funcionalidade por muito mais tempo”, explicou Ernesto Goulart, pós-doutorando do Instituto de Biociências da USP e primeiro autor do artigo.

Desse modo, evita-se um problema comum à maioria das técnicas de bioimpressão de tecidos humanos: a perda paulatina do contato entre as células e, consequentemente, da funcionalidade do tecido.

No estudo, a formação dos esferoides ocorre já no processo de diferenciação, quando as células pluripotentes são transformadas em células do tecido hepático (hepatócitos, células vasculares e mesenquimais). “Começamos o processo de diferenciação já com as células agrupadas. Elas são cultivadas em agitação e espontaneamente formam agrupamentos”, disse Goulart.

Um fígado em 90 dias

De acordo com os pesquisadores, o processo completo – desde a coleta do sangue do paciente até a obtenção do tecido funcional – demora aproximadamente 90 dias e pode ser dividido em três etapas: diferenciação, impressão e maturação.

Inicialmente, os pesquisadores reprogramam as células sanguíneas para que regridam a um estágio de pluripotência característico de célula-tronco (células-tronco pluripotentes induzidas ou iPS, técnica que rendeu o Nobel de Medicina ao cientista japonês Shinya Yamanaka, em 2012). Em seguida, induzem a diferenciação em células hepáticas.

Os esferoides são então misturados à biotinta, uma espécie de hidrogel, e impressos. As estruturas resultantes passam por um período de maturação em cultura que dura 18 dias.

“A deposição dos esferoides durante a impressão ocorre em três eixos, algo necessário para o material ganhar volume e o tecido ter sustentação. Depois é feita uma reação de reticulação para que a impressão – que tem a consistência de um gel – enrijeça a ponto de ser manipulada ou até mesmo suturada”, disse Goulart.

A maioria dos métodos disponíveis para impressão de tecidos vivos usa imersão e dispersão celular dentro de um hidrogel para recapitular o microambiente e a funcionalidade do tecido. No entanto, provou-se que, ao fazer a dispersão célula a célula, a tendência é que ocorra a perda de contato celular e de funcionalidade.

“É um processo um pouco traumático para as células, que necessitam de um tempo para se acostumar com o ambiente e ganhar funcionalidade. Nessa etapa, elas ainda não são um tecido, pois estão dispersas, mas, como pudemos constatar, já têm a capacidade de desintoxicar o sangue e também de produzir e secretar albumina [proteína produzida exclusivamente pelo fígado], por exemplo”, disse Goulart à Agência FAPESP.

No estudo, os pesquisadores desenvolveram os minifígados usando como matéria-prima células de sangue de três voluntários. Foram comparados marcadores relacionados à funcionalidade, como a manutenção de contato celular, produção e liberação de proteínas. “Os esferoides funcionam muito melhor do que os obtidos por dispersão célula a célula. Como previsto, durante a maturação, eles não tiveram os marcadores de função hepática reduzidos”, disse.

Embora o estudo tenha se limitado à produção de fígados em miniatura, Goulart acredita ser possível a produção de órgãos inteiros no futuro, que poderiam ser transplantados. “Fizemos em uma escala mínima, mas com investimento e interesse é muito fácil de escalonar”, disse.

O artigo 3D bioprinting of liver spheroids derived from human induced pluripotent stem cells sustain liver function and viability in vitro (doi: 10.1073/pnas.1904384116), de Ernesto Goulart, Luiz Carlos de Caires-Junior, Kayque Alves Telles-Silva, Bruno Henrique Silva Araujo, Silvana Aparecida Rocco, Mauricio Sforca, Irene Layane de Sousa, Gerson Shigeru Kobayashi, Camila Manso Musso, Amanda Faria Assoni, Danyllo Oliveira, Elia Caldini, Silvano Raia, Peter I Lelkes e Mayana Zatz, pode ser lido em iopscience.iop.org/article/10.1088/1758-5090/ab4a30.

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