Grupo desenvolve biotinta para impressão 3D de tecido nervoso

Técnica pode contribuir para o estudo de doenças neurodegenerativas, testes de fármacos e, futuramente, ser usada na reconstrução de partes danificadas do cérebro

André Julião  |  Agência FAPESP – Um grupo de pesquisadores da Universidade Federal de São Paulo (Unifesp) trabalha no desenvolvimento de uma biotinta capaz de produzir tecidos neurais em três dimensões (3D) que simulem o cérebro humano e permitam o estudo mais preciso de doenças neurodegenerativas, como Parkinson e Alzheimer.

A ideia é reproduzir o funcionamento do sistema nervoso central de forma mais fiel do que a adotada nos estudos atuais, feitos em placas de cultura – com apenas um tipo de célula e em formato bidimensional (2D) – ou em camundongos, que, apesar da proximidade do genoma com o dos seres humanos, não possuem cérebros tão complexos.

A biotinta será usada em uma bioimpressora 3D, que imprime diversas camadas até formar uma estrutura semelhante a um tecido ou órgão. Essa tecnologia tem sido testada por diversos grupos de pesquisa no mundo. No futuro, espera-se que possam ser usados em transplantes.

Por enquanto, esses órgãos em miniatura podem ser usados como modelos experimentais para testar fármacos e estudar mecanismos relacionados ao desenvolvimento de doenças. Dentre os testes já realizados por grupos do Brasil e do exterior, a bioimpressão de células do cérebro se mostra a mais difícil, dada a complexidade do sistema nervoso central, composto de diferentes células que interagem entre si, de forma ainda pouco conhecida.

“A ideia desse estudo é ter um modelo tridimensional, mais complexo e mais próximo de um modelo in vivo, no qual possamos estudar mecanismos celulares de doenças neurodegenerativas”, disse Bruna Alice Gomes de Melo, que realiza estágio de pós-doutorado na Escola Paulista de Medicina (EPM) da Unifesp com bolsa da FAPESP.

O trabalho foi apresentado durante o 34º Encontro Anual da Federação de Sociedades de Biologia Experimental (FeSBE), ocorrido em Campos do Jordão em setembro de 2019, e é parte de um projeto apoiado pela FAPESP por meio de um Projeto Temático, que acaba de ser aprovado.

“A bioimpressão está em uma fase bastante inicial no mundo todo. Dentro do que está sendo feito, o que mais se encontra é a bioimpressão de cartilagem e osso, dois tecidos com estrutura mais simples e, portanto, mais fáceis de se trabalhar. Com tecido neural, muito pouco foi alcançado até o momento”, disse Marimélia Porcionatto, professora da EPM-Unifesp e supervisora da pesquisa.

As pesquisadoras explicam que a bioimpressão de tecidos neurais é diferente do modelo de organoides, feito pelo grupo do pesquisador Stevens Rehens, do Instituto D’Or de Pesquisa e Ensino, no Rio de Janeiro, por exemplo.

Apesar de também ser tridimensional, o organoide é gerado por meio de uma auto-organização de células com pluripotência induzida (iPSC, do inglês). Por isso, o organoide tem tamanho limitado, pois as células que estão no centro começam a morrer por uma deficiência na troca de gases e no aporte de nutrientes.

“Na bioimpressão 3D, por ser feita em camadas e com um material poroso, ocorre maior troca de gases e entrada de nutrientes para as células. Além disso, podemos trabalhar para fazer a vascularização desse tecido, tornando possível que ele viva por mais tempo”, disse Porcionatto.

Vascularização

Nos primeiros testes realizados pelo grupo da Unifesp, foram utilizadas diferentes proporções de gelatina (feita de colágeno, presente nos órgãos humanos) e alginato, substância à base de algas conhecida por ser biocompatível. Ambos possuem a vantagem de serem pastosos o suficiente para passarem pela agulha da impressora 3D e se solidificarem pouco depois de depositados em uma superfície.

Enquanto o colágeno dá firmeza para a peça bioimpressa, o alginato é poroso, permitindo a proliferação das células, essencial para se obter algo próximo do tecido real. Nos ensaios realizados, a proporção de 5% de gelatina se mostrou a mais promissora.

A ideia das pesquisadoras é imprimir a mistura em diferentes camadas. Cada uma teria diferentes células, a princípio, astrócitos, neuroblastos e células endoteliais. Os astrócitos são as células mais abundantes e de maior dimensão do sistema nervoso central. Os neuroblastos, por sua vez, são células precursoras dos neurônios.

As células endoteliais são as que formam os vasos sanguíneos. Impressas em formato tubular, elas simulam a presença dos vasos. Atualmente, a vascularização é um dos maiores empecilhos para a bioimpressão de órgãos, pois, sem sangue circulando e levando oxigênio e nutrientes, o órgão não tem como funcionar.

“Na bioimpressão, o que é mais difícil de se fazer hoje é a vascularização e a inervação. O que se faz atualmente é uma estrutura parecida com um vaso. Vamos tentar mimetizar a chamada barreira hematoencefálica, que faz a separação entre o sangue e o tecido nervoso”, disse Melo.

Para isso, as pesquisadoras usarão também técnicas de microfluídica, que permitem a passagem de pequenos volumes de líquido no tecido bioimpresso.

Origem

Ainda assim, o tecido nervoso é bem mais complexo do que uma gelatina com neurônios, astrócitos e algum líquido circulando entre eles. Mesmo que os próximos passos da pesquisa incluam usar outras células cerebrais na biotinta, é preciso entender a interação entre elas e como se formam para que se possa reproduzir o funcionamento cerebral.

Por isso, o grupo pretende mimetizar os chamados nichos neurogênicos, onde são formadas as células-tronco neurais, que dão origem às outras células do sistema nervoso central. No cérebro, os nichos neurogênicos estão em partes como o hipocampo e a zona subventricular. A ideia das pesquisadoras é biomprimir as chamadas células-tronco neuroepiteliais, as mais primordiais das células-tronco neurais, e observar como elas formam as outras células.

Para que haja essa formação, serão adicionados na biotinta diferentes fatores morfogênicos – como são chamadas as proteínas e os peptídeos conhecidos por dar identidade às células.

“Existem vários fatores atuando ao mesmo tempo. Dependendo de onde uma célula esteja, ela recebe maior ou menor quantidade de um determinado fator. Se adicionarmos diferentes concentrações dessas proteínas e peptídeos, poderemos entender como as células se diferenciam”, disse Porcionatto.