Pesquisadores planejam criar réplicas inteiramente funcionais de partes complexas do corpo humano

Tecnologia que usa 3D permite reprodução de pequenos protótipos e conjunto de tecidos

por Vilhena Soares 30/12/2016 08:17
AFP
O fazendeiro chinês Hu recebeu um implante no crânio após queda (foto: AFP )
Em agosto de 2014, Hu, um fazendeiro chinês com 46 anos, teve parte do crânio esmagado ao cair do terceiro andar de sua casa. Em uma cirurgia com três horas e meia de duração num hospital de Xian, o homem recebeu um implante impresso tridimensionalmente com titânio. Além de a peça ter recuperado o formato anterior da cabeça de Hu, ela permitiu que o cérebro dele voltasse a crescer.

Feita a substituição física, o novo desafio de cientistas é usar a tecnologia 3D para reproduzir o que se passa fisiologicamente nesse e em outros órgãos humanos. Os projetos atuais têm focado em protótipos e reproduções de tecidos, utilizados, por exemplo, em testes de medicamentos. Mas a intenção é criar réplicas inteiramente funcionais.

Mark Lyon
O brasileiro Alysson Muotri, biólogo molecular da Faculdade de Medicina da Universidade da Califórnia, escolheu trabalhar com o emblemático cérebro (foto: Mark Lyon)
O brasileiro Alysson Muotri, biólogo molecular da Faculdade de Medicina da Universidade da Califórnia, escolheu trabalhar com o emblemático cérebro. “Usamos tecnologias de reprogramação genética para converter células somáticas, como elementos do sangue ou da pele, em precursoras neurais, que podem, em laboratório, dar origem a minicérebros. Eles são estruturas tridimensionais que nos permitem reproduzir e acompanhar o neurodesenvolvimento de um indivíduo. Nosso time é pioneiro nessa tecnologia e um dos poucos que a usam para entender síndromes genéticas humanas”, explica ao Estado de Minas o professor e também chefe da startup brasileira de biotecnologia TISMOO.

Um dos maiores avanços conquistados pelo grupo foi reproduzir, nas réplicas, atividades elétricas semelhantes à do órgão original. “Podemos agora afirmar que esses minicérebros humanos têm mentes próprias. O que geramos é muito próximo de um cérebro humano consciente”, garante Muotri. Segundo ele, a replicação poderá ajudar, por exemplo, no entendimento do transtorno do espectro do autismo e no desenvolvimento de tratamentos personalizados. Os protótipos também ajudam no estudo de como o vírus zika altera a formação do córtex cerebral durante a gestação, desencadeando a microcefalia.

Teste de toxicidade Enquanto a fabricação mais complexa de órgãos humanos não sai do papel, pequenos protótipos são usados para testar a toxicidade de produtos químicos. “Usamos esses minicérebros para medir o impacto de moléculas naturais e artificiais, como pesticidas e agrotóxicos, no desenvolvimento das redes neurais. No futuro, nenhuma intervenção ambiental ocorrerá sem um ‘selo de qualidade’ emitido por análises como essa. A população exigirá esse tipo de controle antes de aceitar uma nova fábrica em seu bairro, por exemplo”, ilustra Muotri.

O teste de medicamentos também faz parte da lista de aplicações da tecnologia. Ibrahim Tarik Ozbolat, professor-associado do Departamento de Engenharia de Ciências e Mecânica da Universidade de Penn State, nos Estados Unidos, trabalha em um modelo de tecido pancreático para testar remédios de combate ao diabetes. “Foi demonstrado que os modelos 3D de tecidos fornecem uma predição significativamente mais confiável de toxicidade da droga que os modelos de cultura de células em 2D”, conta.

Apesar das possibilidades envolvidas no projeto, o cientista destaca que os testes com os tecidos tridimensionais ainda são precoces e demorarão para chegar aos hospitais e consultórios. “Essa tecnologia tem um potencial na fabricação de elementos do organismo clinicamente relevantes, mas a transição dos avanços científicos para o uso clínico e a indústria farmacêutica ainda levará um tempo.”

Resultados inspiradores

Dois casos recentes e mais complexos de impressão de órgãos em 3D ilustram a potencialidade da técnica e alimentam a esperança de médicos e cientistas. No ano passado, pesquisadores da Universidade do Texas (EUA) utilizaram o método para separar irmãs siamesas, ligadas do peito à pélvis. Knatalye Hope e Adeline Faith Mata foram operadas aos 10 meses de vida, e os órgãos divididos por elas, como o fígado, substituídos por réplicas em 3D construídas com um material semelhante à borracha.

As peças usadas na substituição não eram muito diferentes das divididas pelas irmãs. “Os cirurgiões encontraram os pontos principais do fígado, do coração e dos órgãos pélvicos. A concordância foi quase perfeita”, explicou, em comunicado, Rajesh Krishnamurthy, líder do estudo e chefe de pesquisa em radiologia no hospital norte-americano.

Uma peça fundamental do organismo de ratas também foi substituída com sucesso por cópias tridimensionais. Cientistas da Universidade de Northwestern construíram um ovário para recuperar a fertilidade de roedoras. Resultados do trabalho foram divulgados no último encontro anual da Sociedade de Endocrinologia Americana, em abril. A réplica feita com colágeno permitiu que os animais voltassem a ovular e até ter filhotes. De acordo com os autores, o sucesso do procedimento é uma esperança de tratamento para mulheres inférteis no futuro.

Dentro de um chip


Um órgão minúsculo, do tamanho de um microchip, que replica todas as funcionalidades de um rim. Essa é mais uma das novidades em desenvolvimento nos laboratórios médicos com a ajuda da impressão 3D. Intestino e tecidos pancreáticos foram reproduzidos nesse formato, que consiste em um pequeno dispositivo com vários depósitos, repletos de células e tecidos humanos mantidos “em conserva” dentro de um fluido. Esses pequenos aparelhos servem como uma tela em branco para a criação de remédios.

“Órgãos em chips são dispositivos de microfabricação que mimetizam a fisiologia de órgãos, como pulmão, fígado e coração, e oferecem várias vantagens, como o estudo do transporte de moléculas de drogas”, resume Savas Tasoglu, professor do Departamento de Engenharia Biomédica da Universidade de Connecticut, nos Estados Unidos. Ele adianta que outras possibilidades poderão surgir com a solução tecnológica. “Claro que várias partes do corpo humano ainda não foram replicadas para esses chips, mas, se o sucesso prosseguir, outra linha de pesquisa interessante é a integração de sistemas diferentes desses órgãos, permitindo que vários deles sejam usados no mesmo chip”, detalha.

O passo ainda maior, diz, será a criação de órgãos idênticos aos humanos para serem usados em transplantes. O biólogo molecular Alysson Muotri, concorda com Tasoglu e frisa que os órgãos criados por impressão 3D poderão ser uma esperança na redução de mortes. “Existem duas formas de se fazer isso: uma in vitro, outra usando modelos animais para gerar e incubar órgãos humanos. Animais transgênicos, carregando órgãos humanos, podem ser planejados para diminuir as filas de transplantes”, acredita.

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