BIOTINTAS INTELIGENTES PARA BIOENGENHARIA TECIDOS VIVOS

A bioimpressão é uma tecnologia promissora para projetar e desenvolver modelos de tecido e futuramente órgãos. Como esses modelos impressos podem ser produzidos com células específicas do paciente, elas podem e devem ser usadas como poderosas ferramentas diagnósticas mais precisas para sondar e monitorar a patobiologia humana. Se os biomateriais impressos forem capazes de alterar dinamicamente suas propriedades ao longo do tempo para atender às necessidades de mudança das células incorporadas, eles permitirão adaptação celular a longo prazo e maturação do tecido, como em um tecido vivo. Para alcançar tais resultados, o uso de materiais inteligentes é essencial.




Hidrogéis são os materiais usados ​​como elementos essenciais em bioimpressão.

Eles podem ser de origem natural ou sintética. Os géis derivados naturalmente, tais como os materiais à base de colágeno, são soluções biocompatíveis com células, frequentemente usadas para mimetizar tecidos contendo colágeno, como cartilagem, osso, pele, etc. Os géis à base de fibrina têm sido amplamente utilizados em aplicações cardiovasculares. Outros como géis de elastina têm sido empregados para a engenharia de cartilagem e tecido neural. Interessantemente, os géis compostos de polímeros sintéticos (por exemplo, PEG, PLA, PCL...) ou peptídeos também são usados ​​para criar tecidos engenheirados de muitos desses mesmos tipos de tecidos, apesar de suas diferentes propriedades químicas e estruturais, em comparação com os géis naturais.



Ambas as classes de hidrogel têm seus próprios méritos; no entanto, ao usar bioimpressão, é preciso considerar a reologia de fluxo do material escolhido, a mecânica matricial final e a bioquímica da matriz ao selecionar um para projetar modelos avançados de tecido, já que a capacidade de otimizar essas propriedades é o que define a aplicabilidade de cada biotinta.

Recentemente, os pesquisadores se voltaram para o projeto de misturas de monômeros naturais e sintéticos, bem como aditivos funcionais para atender às exigências reológicas, mecânicas finais e bioquímicas iniciais da bioimpressão 3D. No entanto, não está claro se eles permitem adaptação celular a longo prazo e maturação do tecido. Em contraste, as biotintas inteligentes, capazes de alterar dinamicamente as propriedades do material ao longo do tempo, têm o potencial de interagir com os organismos vivos através de feedback recíproco, onde o hidrogel instrui o organismo e o organismo faz com que o hidrogel se adapte. Assim, as futuras biotintas podem ser capazes de se adaptar e “amadurecer” junto com a maturação de células encapsuladas para formar tecidos verdadeiramente funcionais.


Biotintas inteligentes frequentemente incluem moléculas de peptídeos e proteínas encontradas na matriz extracelular natural. Esses motivos de reconhecimento molecular permitem que os receptores da superfície celular se liguem a biotinta, permitindo a detecção celular da mecânica da matriz. As propriedades reológicas desses materiais inteligentes e a cinética de gelificação podem ser controladas variando sua concentração de monômero ou suplementando com aditivos para reduzir o dano celular relacionado à bioimpressão. As biotintas inteligentes não têm apenas excelente capacidade de impressão e fidelidade de forma, mas alguns podem permitir a troca reversível de suas propriedades reológicas para suportar estruturas hierárquicas complexas. Além disso, as biotintas inteligentes podem permitir a aplicação mais eficiente da estimulação mecânica a células encapsuladas para simular forças externas exercidas em biorreatores de cisalhamento, compressão ou alongamento.

Combinando o controle dinâmico mecânico e bioquímico dos hidrogéis com a biologia sintética, as biotintas inteligentes têm um alto potencial para formar tecidos verdadeiramente funcionais. No entanto, nesses ecossistemas recentemente bioinspirados, os papéis e tarefas das células e dos biomateriais podem precisar ser definidos novamente.

Artigo utilizado para o desenvolvimento dessa matéria: Blaeser et al. (2019) Smart Bioinks as de novo Building Blocks to Bioengineer Living Tissues, Gels 5(2), 29.

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