Milhares de pessoas morrem todos os anos à espera de um transplante de órgãos e muito mais são atormentadas por órgãos doentes. Aqueles com lesões da medula espinhal sofrem de muitos outros problemas de saúde como resultado da sua incapacidade de se mover e andar. E enquanto nos maravilhamos com a proeza dos cirurgiões capazes de transplantar uma face ou mão, os resultados estão longe de ser perfeitos.
A engenharia de tecidos reúne várias disciplinas para criar tecido vivo para substituir ou reparar a pele, um órgão falho ou uma parte do corpo danificada ou ausente.
Jay Vacanti e Robert Langer são amplamente reconhecidos como os pioneiros da engenharia de tecidos. O Dr. Vacanti, diretor do Centro de Medicina Regenerativa do Massachusetts General Hospital, também é diretor de transplante pediátrico no MGH. Depois de ver demasiadas crianças morrerem à espera de transplantes de fígado, ele procurou uma forma de fazer crescer tecido hepático. Então ele se uniu ao Laboratório Langer no MIT. Ao implantar um andaime de polímero semeado com células hepáticas em ratos doentes, eles agora podem obter novo tecido hepático para crescer e funcionar dentro de semanas.
Até recentemente, parecia impossível imaginar que aqueles com cordas raquidianas ou vocais danificadas pudessem um dia andar ou cantar novamente. No entanto, engenheiros biomédicos simplesmente vêem estes desafios como desafios a superar.
Trabalhando com o Dr. Vacanti, cientistas do Langer Lab cortaram as espinhas dos ratos, tornando-os paraplégicos. Eles então usaram células-tronco de outros ratos para cultivar a peça que faltava da medula espinhal em andaimes de polímero. Após receberem as cordas espinhais artificiais, os ratos paralisados recuperaram a capacidade de caminhar novamente, embora com um ligeiro coxear.
Culturas de andaimes
Culturas de células têm sido cultivadas há muito tempo em placas de Petri, mas estes métodos geram pedaços de células que não podem servir um propósito funcional no corpo humano. Os andaimes fornecem tanto a forma como o suporte para o crescimento do tecido. Estes andaimes feitos de polímeros biocompatíveis e biodegradáveis – devem acomodar e dirigir a orientação espacial de determinados tipos de células.
Este método é relativamente fácil se quisermos simplesmente gerar cartilagem, que não requer vasculatura. Mas, se esperamos algum dia gerar “peças de reposição”, precisamos ser capazes de criar estruturas complexas, naturalmente ocorrentes, que possuam múltiplos tipos celulares e possam se suprir de nutrientes.
Para construir um andaime que possa suportar uma matriz celular 3D totalmente funcional, são empregadas as bionanotecnologias. Folhas individuais, 2D são construídas e estratificadas para imitar a interação de um órgão e
sua vasculatura.
Semeadura
Os andaimes são então semeados com células que têm crescido em placas de Petri. Estas células podem ser colhidas a partir de uma linha de células estaminais ou de um doador-idealmente o receptor do transplante. A construção do andaime celular é então banhada num meio que encoraja as células a crescerem e a multiplicarem-se. À medida que as células se multiplicam, elas começam a adquirir a forma do andaime, que eventualmente se decompõe e é absorvido pelo tecido.
Células estaminais
Células estaminais adultas podem ser derivadas de vários tipos de células, incluindo sangue, osso, músculo, pele, cérebro e células hepáticas, bem como folículos capilares. Mas isolá-las e cultivá-las é difícil. E não é claro se as células estaminais adultas podem realmente diferenciar-se. As células estaminais embrionárias, por outro lado, podem se diferenciar mesmo nos andaimes. Mas quaisquer células que ainda não se tenham diferenciado no momento do transplante podem continuar a formar tumores.
Rejeição
Alguns tipos de tecido são cultivados no laboratório antes do implante enquanto outros requerem ajuda do corpo para prosperar. E uma vez implantado o tecido, há sempre a preocupação com a rejeição. O Langer Lab também está a trabalhar no sentido de fornecer um meio de fornecimento de imunossupressores de forma temporizada, direccionado apenas para o local do transplante, de modo a evitar a imunocomprometimento do paciente.
Desafios
Para além de fornecer um fornecimento de sangue, fazer com que as células estaminais se diferenciem adequadamente e evitar a rejeição, existem vários outros desafios que devem ser abordados. Fornecer um fornecimento de sangue significa semear o andaime com vários tipos de células – e nem todos esses tipos de células crescem ao mesmo ritmo. Os tecidos vasculares tendem a ter um crescimento mais lento e por isso devem ser pré-fabricados dentro do andaime global. E o produto final precisa de ter a aparência e funcionar da forma que a natureza pretende. Há também a questão de obter aprovações para uso em humanos.
Real World Applications
Além de substituir órgãos e tecidos ausentes ou danificados, os tecidos artificiais também poderiam ser usados para ajudar a testar os efeitos das drogas. E alguns cirurgiões cosméticos estão observando os desenvolvimentos na engenharia de tecidos com um olho no avanço do potencial da cirurgia reconstrutiva.
Pesquisadores já criaram tecidos de todos os tipos de órgãos. Usando princípios de engenharia, podemos logo ver carne viva que se parece com a coisa real – porque é a coisa real.
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