|Série Covid-19 e impressoras 3D| #2 – A bioimpressão e o combate à COVID-19 (V.3, N.7, P.16, 2020)

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Divulgadores da Ciência:

Juliana Kelmy Macário Barboza Daguano, docente do Centro do Engenharia, Modelagem e Ciências Sociais Aplicadas (CECS) da UFABC. Pesquisadora na área de Engenharia de Materiais, atuando no desenvolvimento e caracterização de Biomateriais e dispositivos biomédicos. [Lattes]

Andrea Cecília Dorion Rodas, docente do CECS da UFABC. Atua, principalmente, nos seguintes temas: biomaterias, substituto dermo-epidermico, queratinócitos, quitosana, imobilização de células. [Lattes]

Janaína de Andrea Dernowsek, possui parceria técnica como pesquisadora colaboradora na UFABC, juntamente com outras Universidades. Finalizou dois pós-doutoramentos no Centro de Tecnologia da Informação Renato Acher (CTI) na área de Impressão 3D para a engenharia tecidual, biofabricação, bioimpressão de tecidos, modelagem tridimensional, sistemas complexos e simulações computacionais. [Lattes]

 

O que é a bioimpressão 3D?

 

Uma versão bastante avançada da tecnologia de impressão 3D é a bioimpressão. A ideia de imprimir órgãos não está mais somente em filmes de ficção científica, como no filme “O quinto elemento” (1997). Logicamente, que de uma maneira mais singela, a bioimpressão 3D vem crescendo e se tornando uma realidade próxima. A bioimpressão pode ser entendida como uma veia da impressão 3D em que o material que será usado para construção será uma combinação de um hidrogel com células vivas, sendo conhecido por biotinta. Assim, os modelos bioimpressos podem simular o ambiente de um determinado tecido biológico, direcionando as células a habitarem essa arquitetura construída, povoando e regenerando o tecido ou órgão lesionado. Ou ainda, em um futuro não distante, criando um órgão completo.

 

Com o avanço da Engenharia Tecidual nos últimos anos, o interesse na bioimpressão cresceu significativamente nas comunidades científicas e médicas. A Engenharia Tecidual é entendida como um ramo da Engenharia Biomédica, sendo então uma ciência aplicada que utiliza conhecimentos de biologia, química e física para desenvolver tecidos biológicos artificiais. Pode ser aplicada, por exemplo, à produção de pele artificial, cartilagens e ossos.

 

Assim, devido a algumas características das construções originadas pela bioimpressão, como estruturas tridimensionais geometricamente complexas, com alta porosidade interconectada que permite a migração das células vivas, permeabilidade dos nutrientes e liberação de metabólitos, essa tecnologia vem ganhando muitas aplicações. Outras vantagens desse processo que devem ser destacadas são a eficiência, baixo custo, alto rendimento, automação, reprodutibilidade e capacidade translacional.

 

Essa última vantagem denota a possibilidade de transferir um conhecimento adquirido em ciência básica para uma pesquisa clínica. Portanto, com o advento da pesquisa translacional se observa uma continuidade do trabalho do pesquisador com a articulação entre  o laboratório e o hospital. A bioimpressão vem para quebrar o paradigma de que o conhecimento produzido pela pesquisa básica não é bem aproveitado para fins práticos ou, na melhor das hipóteses, seu aproveitamento se dá de uma forma muito lenta e pouco promissora.

 

Os mini-pulmões e o processo de escolha de fármacos

 

Há muitas etapas contidas desde a descoberta de uma nova medicação até o seu real consumo pelos pacientes, o que resulta em um processo extremamente lento, oneroso e complexo. Ainda mais se considerando uma doença desconhecida, contagiosa e letal como a causada pelo novo Coronavírus. Dentre essas etapas, é possível citar ensaios para comprovar sua eficácia que vão desde testes com células (in vitro), com animais (in vivo) até chegar nos testes com humanos (ou clínicos). Desta forma, a seleção de medicamentos é um processo contínuo, multidisciplinar e participativo que se deve desenvolver baseado na eficácia, segurança, qualidade e custo dos medicamentos a fim de assegurar o uso racional dos mesmo.

 

Modelos 3D bioimpressos já se mostraram adequados para o estudo da forma como  medicamentos interagem com as células, uma vez que a degradação da biotinta permite a liberação controlada do medicamento. Além de simular mais adequadamente as condições reais das células, a bioimpressão permite que sejam refletidas nelas algumas características de doenças específicas, como os diversos tipos de câncer. Assim, a bioimpressão começa a se direcionar como uma ferramenta bastante útil na substituição de testes em animais.

 

Ainda, estudos de triagem medicamentosa no ambiente pulmonar e microambiente alveolar mostraram que, para o combate ao SARS-Cov-2, são mais adequados estudos com seres humanos. Porém por motivos éticos, os testes em humanos precisam de muito tempo para produzirem resultados confiáveis. Assim, a reconstrução de um pulmão em um modelo 3D seria a saída mais estratégica para testar medicamentos de combate à COVID-19. Esse modelo deve prever o uso de mais de um tipo celular pulmonar, sendo uma simulação mais verdadeira da arquitetura pulmonar, possibilitando maior facilidade para os estudos de comportamento bioquímico das células em testes de exposição às drogas.

 

Por enquanto, não há medicamento com eficácia comprovada contra a COVID-19. Para driblar a falta de tempo na corrida para encontrar um tratamento para o novo Coronavírus, cientistas estão investindo no reposicionamento de fármacos, ou seja, testar aqueles já conhecidos e vendidos, pulando muitas etapas do processo de validação. Ao todo, 2 mil remédios conhecidos foram investigados em busca de moléculas capazes de inibir a reprodução do vírus.

 

Dessa maneira, medicamentos que já se encontram nas prateleiras das farmácias para tratamentos de outras doenças, ganharam evidência nos meios científico e de comunicação. Entretanto, o único medicamento que se mostrou um pouco mais promissor é o antiviral remdesivir – utilizado para tratar Mers e ebola. Para a comprovação científica da eficácia de qualquer tratamento médico, são necessários estudos em pacientes acometidos da doença. Contudo, há uma gama de efeitos colaterais intensos associados a eles. E buscar uma solução para minimizar dor e sofrimento aos doentes, é a melhor proposta.

 

Portanto, outra forte razão para o investimento nos modelos 3D para a seleção de drogas é que o método seria uma boa alternativa para criar estruturas como dos tecidos epiteliais que recobrem os pulmões, sem necessitar recorrer aos modelos animais. Os tecidos epiteliais são compostos de camadas de células firmemente conectadas, moldadas em estruturas tridimensionais complexas, como cistos, alvéolos, túbulos ou invaginações. Essas estruturas 3D complexas são importantes para funções específicas de órgãos e geralmente criam gradientes bioquímicos que orientam o posicionamento e a compartimentação das células dentro do órgão. Na figura 2, observamos a possibilidade de aplicação da tecnologia de bioimpressão na reconstrução de modelos teciduais 3D para estudos da COVID-19.

 

Figura 2. Possibilidades da tecnologia de bioimpressão nos estudos teciduais de infecção, inflamação e seleção de medicamentos.

 

Atualmente, há uma movimentação dos pesquisadores para a utilização da bioimpressão nos estudos da COVID-19. Entretanto, até o presente momento não existem registros científicos de “minipulmões” bioimpressos. Levando-se em consideração os aspectos positivos da bioimpressão de tecidos, a ciência já mostra evidências e caminhos para que a integração dessa tecnologia seja mais um fator determinante na guerra contra o Coronavírus.

 

Principalmente, pelo fato de usar modelos construídos com células humanas, já que ao menos onde sabemos, o SARS-Cov-2 causa dano no homem e não nos animais.

 

Referências

https://www.who.int/dg/speeches/detail/who-director-general-s-opening-remarks-at-the-media-briefing-on-covid-19—11-march-2020

http://e-nablebrasil.org/wp/cadaimpressaoconta/

https://www.uol.com.br/ecoa/ultimas-noticias/2020/04/09/como-senso-colaborativo-maker-mudou-forma-de-enfrentar-uma-pandemia.htm?cmpid=copiaecola .

https://g1.globo.com/sp/campinas-regiao/noticia/2020/05/11/coronavirus-pesquisadores-de-campinasadaptam-mascaras-de-mergulho-para-pacientes-hospitalizados.ghtml

https://www.youtube.com/watch?v=FeFMAF9Seic&feature=youtu.be

https://revistagalileu.globo.com/Ciencia/noticia/2019/05/novas-descobertas-podem-acelerar-impressao-de-orgaos-humanos.html

Groll J, Boland T, Blunk T, et al. Biofabrication: reappraising the definition of an evolving field.

Biofabrication. 2016;8(1):013001. Published 2016 Jan 8. doi:10.1088/1758-5090/8/1/013001

https://hypescience.com/pesquisa-translacional-o-que-e/

ORGANIZACIÓN PANAMERICANA DE LA SALUD (Opas). Guía para el Desarrollo de Servicios Farmacéuticos Hospitalarios: selección y formulario de medicamentos. Washington: Opas, 1997 (Serie 5.1).

http://portal.cfmv.gov.br/noticia/index/id/6473/secao/6

http://cnpem.br/estudo-nacional-testa-remedio-de-baixo-custo-contra-coronavirus/

 

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