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Bioimpressão 4D x Bioimpressão 3D

Atualizado: 25 de jan. de 2021


VOCÊ SABE O QUE SIGNIFICA BIOIMPRESSÃO 4D?

Construções bioimpressas tridimensionalmente são estáticas e não recapitulam a dinâmica natureza dos tecidos. No entanto, as estruturas atualmente produzidas com essa tecnologia não podem imitar com precisão a biologia dinâmica dos tecidos e do microambiente.

A regeneração natural dos tecidos e o reparo incluem mudanças conformacionais na estrutura do tecido. Logo, é necessário incluir a dependência do tempo em construções de tecido bioimpressas em 3D para recapitular alterações estruturais nos tecidos. Para este fim, a bioimpressão 4D foi desenvolvida usando biomateriais responsivos a estímulos e forças de tensão celular para produzir construções teciduais estruturalmente dinâmicas. Assim, essa tecnologia 4D surgiu para incluir mudanças conformacionais em estruturas impressas de uma maneira predeterminada usando biomateriais e / ou células estimulantes e responsivos.


Partindo do principio que a bioimpressão 3D visa a regeneração de tecidos, permitindo a reprodução de uma estrutura tridimensional compatível com a estrutura da matriz extracelular (MEC), a reprodução de um ambiente dinâmico e integrado ainda é um desafio.

Deste modo, definimos a Bioimpressão 4D como a impressão 3D de materiais carregados de células em que as estruturas impressas seriam capazes de responder a estímulos externos devido a bio-sensibilidades sensíveis a estímulos ou forças celulares internas.



Como surgiu essa tecnologia de impressão 4D?


Como existe uma necessidade de geometria responsiva a estímulos, a tecnologia de impressão 4D foi desenvolvida para produzir estruturas que podem alterar a sua forma. O efeito de morphing de forma (SME) é a principal característica subjacente à capacidade de um Material “inteligente” para transformar e / ou recuperar a sua forma devido às suas propriedades inatas, ou em resposta a estímulos externos. Especificamente, esse efeito pode ser visto em estruturas híbridas compostas de um material inteligente e material estático devido à sua falta de homogeneidade e propriedades diferentes. Por outro lado, vários estímulos, como luz, temperatura, pH e umidade, podem estimular um material inteligente a converter o estímulo/energia em movimento dinâmico. Com uma compreensão detalhada das propriedades dos materiais inteligentes e suas respostas aos estímulos, a impressão 4D pode ser utilizada para produzir precisamente uma dimensão “programada” que transforma e / ou recupera sua forma em resposta a estímulos. Muitos desses materiais inteligentes foram já desenvolvidos, confirmando a viabilidade da impressão 4D.


Para aplicações biomédicas, critérios rigorosos são necessários para que materiais inteligentes evitem respostas inflamatórias, simultaneamente, suportem funções fisiológicas. Para cumprir esses critérios, os materiais inteligentes devem ser biocompatíveis, e suas ações pré-projetadas devem ser responsivas ao microambiente local, que muda constantemente com atividades fisiológicas. Embora o conceito seja desafiador, vários grupos demonstraram bons resultados com materiais inteligentes biocompatíveis (Tabela 1).


Tabela 1. Resumo dos materiais bio-impressos com 4D e seus tecidos alvo para imitar as propriedades fisiológicas / estruturais.


Houve avanços notáveis ​​na impressão 3D nas últimas décadas. Especialmente, a bioimpressão 3D que progrediu significativamente nos últimos anos. No entanto, a bioimpressão 4D é agora vista como uma técnica de impressão de próxima geração, que permite a fabricação de estruturas complexas com recursos de morphing de forma em tempo real em resposta a estímulos externos, integrando o tempo como a quarta dimensão.


Fonte: autoria própria (Dernowsek JA)

Embora a bioimpressão 4D tenha um potencial para a produção de estruturas semelhantes a tecidos transformáveis, algumas limitações ainda precisam ser superadas. Primeiro, como a técnica de bioimpressão requer o uso de células viáveis, os materiais inteligentes devem ser biocompatíveis e não citotóxicos. E para obter alta viabilidade e capacidade de impressão simultânea, são necessárias propriedades reológicas apropriadas. Além disso, no caso de reticulação de estruturas bioimpressas para estabilização adequada, devem ser utilizados agentes de reticulação não-tóxicos. No entanto, os materiais usados ​​para bioimpressão 4D ainda carecem propriedades desejadas descritas acima. Assim, a otimização de vários biomateriais para uso em estruturas híbridas é necessária para resolver esses problemas. Para responder a múltiplos estímulos in vivo, as estruturas bioimpressas devem consistir em múltiplos materiais inteligentes. Logo, a impressão de alta resolução é necessária para a deposição precisa de multimateriais na área desejada.


Mecanismos precisos e apropriados para a estimulação também são necessários para a metamorfose precisa da forma. Para mimetizar tecidos ou órgãos naturais, será necessário desenvolver bioimpressoras multimateriais de alta resolução e métodos de estimulação otimizados.

 

Como citar essa matéria:

DERNOWSEK, JA . Bioimpressão 4D x Bioimpressão 3D. Blog BioEdTech. São Paulo, 09 mar. 2019. Disponível em: <https://www.bioedtech.online/blog/bioimpress%C3%A3o-4d-x-bioimpress%C3%A3o-3d> Acesso em: 9 mar. 2019.


Sobre a pesquisadora:

Janaina Dernowsek: Bióloga Geneticista e Pesquisadora na área de Biofabricação e Bioimpressão de Tecidos. Pesquisadora associada ao Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer, INCT - Regenera e UNIFESP. - Idealizadora da BioEdTech (formação e capacitação em Bioimpressão), e do projeto Bio3Data (software para a Bioimpressão). Sabia mais aqui!
 


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Referências utilizadas na produção da matéria:


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