A evolução tecnológica entrega novidades verdadeiramente importantes, que fazem a diferença em áreas que nos são, na maioria das vezes, alheias. Exemplo disso é este músculo feito em laboratório, que faz crescer tecidos humanos reais para substituir os ratos, atualmente utilizados em testes.
Numa investigação recente, Hao Liu, da ETH Zurich, pensou em utilizar tecnologia laser para criar estruturas complexas e microscópicas que imitam a arquitetura natural dos tecidos humanos.
De forma simples, esta descoberta pode significar que, no futuro, as lesões cicatrizam mais rapidamente, as doenças são curadas de forma mais eficaz e a carne cultivada em laboratório é, de facto, uma realidade.
Estas estruturas criadas por Hao Liu, feitas de um tipo especial de gelatina, servem de suporte para o crescimento de células. Ao controlar cuidadosamente o laser, Liu e a sua equipa conseguem criar microfilamentos (filamentos de proteínas) altamente alinhados. Estes reproduzem a estrutura exata encontrada em tecidos humanos, como músculos, tendões e nervos.
Para o efeito, os investigadores criaram uma bioimpressora compacta, de modo a desenvolver tecidos biológicos com estruturas de microfilamentos.
O nosso objetivo é criar modelos de tecidos humanos para o rastreio de medicamentos de alto rendimento e outras aplicações.
Disse Hao Liu, que está, neste momento, a trabalhar para colocar a tecnologia no mercado.
Tecidos semelhantes aos humanos, mas criados em laboratório
O corpo humano é composto por vários tecidos, cada um com estruturas e funções específicas. Estes tecidos, como os músculos, tendões, o tecido conjuntivo e o tecido nervoso, apresentam disposições celulares organizadas. Esta organização é crucial para o seu correto funcionamento.
A bioimpressora 3D de luz filamentosa pode ser utilizada para produzir construções de tecidos alinhados. (Imagem: Universidade das Artes de Zurique/ Samuel Thalmann)
Para reproduzir estruturas de tecidos naturais no laboratório, os investigadores criam estruturas 3D, utilizando bioimpressoras. Estes suportes servem de modelo para o crescimento de células, resultando num tecido perfeitamente estruturado.
Os tecidos artificiais podem ser utilizados para vários fins, incluindo substituições cirúrgicas, investigação médica e produção de alimentos.
Neste trabalho, Liu começou por imprimir estruturas de tecido e depois utilizou um novo método para criar filamentos finos e altamente alinhados. Utilizou uma gelatina sensível à luz, que transita de líquido para sólido quando exposta à luz laser.
Onde a expomos com um laser, solidifica-se em hidrogel. Onde o laser não consegue chegar, a gelatina permanece líquida.
Com sucesso, Liu criou microfilamentos dentro do hidrogel, comparáveis em tamanho aos componentes fibrosos encontrados nos tecidos naturais. Posteriormente, cultivou células neste suporte para gerar estruturas de tecido alinhadas.
O laser é crucial neste processo
A bioimpressora 3D de luz filamentosa (FLight) utiliza um fenómeno ótico único para criar estruturas de microfilamentos altamente alinhadas dentro de uma matriz de hidrogel.
Os feixes de laser apresentam uma intensidade de luz irregular, com áreas de alta e baixa energia.
Os microfilamentos são criados, porque a luz laser não é homogénea. (Imagem: Liu H et al. Advanced Materials 2022, CC-BY 4.0)
Quando um material sensível à luz é exposto a esse feixe, solidifica-se de forma desigual, formando estruturas paralelas, semelhantes a fios, com espaços semelhantes a canais entre elas.
Estas estruturas, com diâmetros que variam de 2 a 20 micrómetros, imitam a disposição natural de muitos tecidos do corpo.
Quando as células são introduzidas nestes suportes, crescem ao longo dos canais, resultando em construções de tecidos alinhados.
O fenómeno ótico que cria as microestruturas de filamentos no gel é há muito conhecido dos físicos e dos cientistas de materiais. Mas ainda não tinha sido utilizado em biologia; nós somos os primeiros.
Utilizando este método de impressão, a equipa produziu construções de tecidos semelhantes aos tecidos musculares, tendinosos, nervosos e cartilaginosos.
A ETH Zurich patenteou esta tecnologia.