Microfluídica e Impressoras 3D aplicadas no transplante de órgãos

Esquema do conceito de biópsia microfluídica para isolar biomarcadores de órgãos inteiros. Imagem: Singh et al., 2017 – DOI: 10.1039/C7LC00468K]

Olá querido leitor, hoje nós iremos ver como duas áreas que eu gosto muito (a Microfluídica e impressoras 3D) podem ajudar a aumentar o número de órgãos viáveis para transplante. Em um estudo recente publicado na revista Lab on a chip (DOI: 10.1039/C7LC00468K), pesquisadores da Virginia Tech (EUA) desenvolveram uma nova tecnologia que eles se referem como “biópsia microfluídica”, que envolve a interface de dispositivos microfluídicos feitos com impressoras 3D com órgãos inteiros.

Os microdispositivos estão em conformidade com os órgãos (eles seguem o mesmo tipo de curvatura dos órgãos) e identificam a saúde molecular através de suas assinaturas, ou biomarcadores (para saber mais sobre biomarcadores clique aqui). Em outras palavras, os microdispositivos ajudam a determinar o quão saudável e funcional o órgão doado está.

Aumento do número de transplante de órgãos

Fotografia de um microdispositivo conformado impresso interligado com um rim. [Imagem: Singh et al., 2017 – DOI: 10.1039/C7LC00468K]

Uma das razões para a falta de órgãos é que muitos órgãos doados nunca são usados, porque pode ser difícil determinar se eles estão funcionando o suficiente para serem transplantados para um novo hospedeiro. Em vez de arriscar a implantação de um órgão com função possivelmente imperfeita, esses órgãos são descartados.

Faz sentido, mas o problema é que determinar o quão bom esses órgãos podem funcionar é uma prática amplamente subjetiva, muitos órgãos perfeitamente bons podem ser descartados devido à percepção de função inferior. Além disso, a deterioração dos órgãos pode acontecer rapidamente, devido à compreensão limitada de como melhor preservá-los. Os microdispositivos impressos desenvolvidos pelos pesquisadores da Virginia Tech poderiam potencialmente permitir uma melhor compreensão da saúde desses órgãos.

“Inicialmente e atualmente, nossa visão é que as superfícies dos órgãos podem conter informações moleculares solúveis no diagnóstico que poderiam ser avaliadas através de dispositivos biomédicos conformes aos órgãos”, disse o Dr. Blake Johnson, professor assistente de engenharia e autor principal do estudo, ao site 3DPrint.com. “Ao longo do processo, nossa equipe de pesquisa desenvolveu novas abordagens para ligar dispositivos microfluídicos aos tecidos vivos e alcançar a conformal correspondência entre dispositivos biomédicos e órgãos”.

O pesquisador acrescenta: “O novo microdispositivo impresso foi construído por light-scanning (scanner 3D para medir a forma tridimensional de um objeto) e engenharia reversa de rins de porco e impressão em 3D em substratos de inspiração biológica. No geral, esse trabalho demonstra a promessa de impressão 3-D para a construção de novos dispositivos biomédicos para órgãos inteiros que poderiam potencialmente ajudar a aliviar a crise de falta de órgãos “.

Fabricação dos microdispositivos conformais

[Imagem: Singh et al., 2017 – DOI: 10.1039/C7LC00468K]

Os rins foram digitalizados em 3D com o scanner HP 3D Structured Light Scanner Pro S2 e as varreduras foram usadas para fazer modelos 3D dos órgãos. Esses modelos foram impressos em 3D usando a impressora 3D Printrbot Simple Metal para criar substratos para os microdispositivos a serem impressos. Um processo personalizado de impressão baseado em microextrusão, envolvendo um robô dispensador industrial de três eixos, um regulador de pressão digital e um sistema de imagem personalizado, foi usado para imprimir em 3D os dispositivos microfluídicos em silicone nos modelos dos órgãos (microdispositivos conformais).

A figura acima mostra um esquema dos microdispositivos conformais impressos em 3D para biópsia microfluídica de órgãos inteiros. Na parte (a) ocorre o processo de engenharia inversa para converter a geometria anatômica de órgãos inteiros em informações para a impressora 3D e para os substratos biomiméticos para impressão em 3D. Na parte (a) é possível ver em ordem um rim explantado (ressecado), um rim exposto a luz estruturada, um modelo digital reconstruído do rim e um modelo impresso em 3D do rim. A região expandida mostra a topografia (descrição da região do órgão) de superfície 3D digitalizada na localização da interface do dispositivo).

Na parte (b) é mostrado uma fotografia do microdispositivo conformal impresso em impressora 3D. Na parte (c) o leitor pode ver esse microdispositivo interligado ao rim. A parte (d) apresenta uma comparação topográfica entre o órgão e o microdispositivo conformado na localização da interface (a inserção mostra uma visão aproximada da interface dispositivo-órgão). Na (e) é apresentado uma caracterização topográfica 3D do microcanal conformado impresso e por último (f) os perfis de velocidade e de taxa de cisalhamento (relacionada ao deslocamento do fluido) totalmente desenvolvidos presentes no dispositivo microfluídico conformado.

Depois que os microdispositivos foram fabricados, eles foram removidos dos substratos de órgãos plásticos, esterilizados e ligados aos órgãos originais usando um hidrogel fino, deixando um microcanal aberto para aquisição de amostras microfluídicas. Eles então foram novamente escaneados em 3D para comparar a topografia superficial dos órgãos com a dos dispositivos microfluídicos. Uma vez que se observou que os dispositivos microfluídicos se adaptaram às superfícies dos órgãos, utilizaram-se múltiplas técnicas para tomar e analisar amostras de biópsia microfluídica.

“… Os dispositivos microfluídicos conformados formam interfaces coerentes com órgãos inteiros e podem estabelecer fluxo de fluido controlado através do córtex de órgãos, servindo assim de coletor potencial para isolar espécies moleculares de forma contínua”, explicam os pesquisadores.

Contribuição para o profissional médico

As amostras microfluídicas que os microdispositivos impressos permitiram aos pesquisadores reunir forneceram informações de diagnóstico sobre o estado dos órgãos que outras técnicas não conseguiram. O trabalho estabeleceu um método objetivo, e não subjetivo, para avaliação da saúde e qualidade dos órgãos potenciais para o transplante e proporciona aos profissionais médicos um melhor conhecimento e controle sobre o estado desses órgãos.

“Em última análise, estamos entusiasmados com o potencial de perfil não-invasivo de indicadores de saúde de órgãos inteiros usando tecnologia impressa 3-D, pois poderia fornecer uma abordagem de mudança de paradigma para vários órgãos científicos e aplicações de saúde, como o transplante de órgãos”, disse um dos autores.

Fonte: 3DPRINT

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*As imagens utilizadas nesse post foram reproduzidas de Singh et al., 2017 – DOI: 10.1039/C7LC00468K com permissão da Sociedade Real de Química.


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Sobre Harrson S. Santana

Harrson S. Santana obteve seu doutorado em Engenharia Química pela Universidade de Campinas em 2016. Sua tese de doutorado foi a investigação da síntese de biodiesel em microcanais, utilizando simulações numéricas e ensaios experimentais. Em 2015, ele passou vários meses na Universidade de Glasgow (Reino Unido) desenvolvendo pesquisas na área de impressão 3D. Atualmente, ele é pesquisador associado e professor colaborador da Faculdade de Engenharia Química da Unicamp, trabalhando no desenvolvimento de microplantas químicas e uso de impressoras 3D em processos químicos. Ele publicou vários artigos explorando desde simulações numéricas no desenvolvimento de microdispositivos até o uso de microfluídica em reações químicas e operações unitárias. Seu interesse científico se concentra em fenômenos de transporte em sistemas microfluídicos, impressoras 3D e sistemas robóticos aplicados a processos químicos em microescala.

2 respostas para Microfluídica e Impressoras 3D aplicadas no transplante de órgãos

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