O cultivo ou impressão de tecidos humanos é uma das fronteiras tecnológicas com gigantesco potencial disruptivo. Ciente disso, a NASA promove a competição Vascular Tissue Challenge. Os vencedores desta edição conseguiram criar tecido de fígado humano cultivado em laboratório fortes o suficiente para sobreviverem e funcionarem de forma muito semelhante ao natural, dentro do corpo.
Os dois primeiros colocados são do WFIRM em Winston-Salem, Carolina do Norte, ganharam o primeiro e o segundo lugar em seu Desafio de Tecido Vascular. Cada um usou uma abordagem diferente na impressão de tecidos humanos. Eles conseguiram gerar em laboratório e manter vivas as células de um fígado artificial, tecnologia que será levada ao espaço.
Impressão de tecidos humanos vai ajudar a conhecer efeitos de viagens espaciais no corpo
Crescer e manter tecidos funcionais é uma estratégia que poderá ajudar na exploração do espaço profundo. O desafio proposto pela NASA é para, através da competição, aumentar o ritmo das inovações da bioengenharia. Modelos de órgãos podem ajudar a estudar os efeitos ambientais do espaço profundo, como a radiação, em tecidos humanos. Assim, será possível criar maneiras de mitigar o impacto negativo das viagens espaciais sobre os humanos durante missões espaciais de longa duração.
A pesquisa resultante deste desafio da NASA representa uma referência, uma base bem documentada para construir o próximo avanço. No espaço, os modelos de órgãos impressos em 3D podem ser usados para estudar como a exposição à radiação afeta o corpo humano, documentar a função do órgão na microgravidade e desenvolver estratégias para minimizar os danos às células saudáveis enquanto as pessoas vivem ou trabalham no espaço. A microgravidade também pode facilitar a criação de tecidos engenhados artificialmente ainda maiores e mais complexos. Além disso, há o potencial de que eles se parecem mais e também funcionem de forma mais semelhante aos reais do corpo humano, em comparação com os tecidos construídos atualmente na Terra.
A equipe Winston, a vencedora do primeiro lugar do Desafio de Tecido Vascular da NASA, usou uma câmara para segurar o tecido impresso e testar um processo chamado perfusão.
Créditos: Wake Forest Institute for Regenerative Medicine
O ISS U.S. National Laboratory, que é administrado pelo Centro para o Avanço da Ciência no Espaço, trabalhará com a equipe vencedora para adaptar a estratégia baseada na Terra para o espaço. Se a pesquisa chegar à estação, a combinação de vasculatura aprimorada e microgravidade pode render o próximo conjunto de avanços para a engenharia de tecidos humanos na Terra e a biofabricação no espaço.
Desafio também gera benefícios para pessoas na Terra
Alternativamente, na Terra, o tecido vascularizado poderia ser usado em testes farmacêuticos ou modelagem de doenças. A impressão de tecidos humanos poderia até mesmo acelerar novas pesquisas e desenvolvimento na área de transplantes de órgãos artificiais. “Os humanos que serão nossos pioneiros no espaço profundo são nosso recurso mais importante na Viagem a Marte e além”, disse Steve Jurczyk, administrador associado do Diretório de Missão de Tecnologia Espacial da NASA em Washington.
“O resultado deste desafio tem o potencial de revolucionar a saúde na Terra e pode se tornar parte de um importante conjunto de ferramentas usadas para minimizar os efeitos negativos do espaço profundo em nossos futuros exploradores.”
A pesquisa pode ajudar a permitir o crescimento e a sobrevivência a longo prazo de tecidos tridimensionais espessos para pesquisas e aplicações terapêuticas e, eventualmente, curativos e substituições de órgãos. O transplante de órgãos de bioengenharia pode gerar impacto tremendo na longevidade humana. No curto prazo, eles podem acelerar os testes farmacêuticos e a modelagem de doenças.
Pesquisadores experientes na impressão de tecidos humanos participaram do desafio
Muitos dos pesquisadores e empresas competidores do desafio têm dedicado anos para aperfeiçoar suas técnicas de bioprinting 3D, bioinks e hardware de bioprinting. São técnicas para impressão de tecidos humanos avançadas. Então, a maioria das equipes participantes, mesmo aquelas que não foram as vencedores, alavancou tecnologias de biofabricação para criar os tecidos vascularizados exigidos pelo desafio da NASA.
Veja a lista completa das equipes participantes:
- Equipe Asimov liderada por Melanie Matheu, CEO e fundadora da startup de bioimpressão de órgãos Prellis Biologics.
- Time Bioprinter liderada pelo Professor de Engenharia Biomédica Kunal Mitra do Instituto de Tecnologia da Flórida.
- Grupo Braveheart (Coração Valente) do Instituto Médico Johns Hopkins em Maryland, liderada por Cecilia Liu.
- A equipe Cellink é dirigida pela especialista em biotecnologia Stephanie Stroll e pesquisadores da startup Cellink, pioneira em bioconvergência e bioimpressão.
- A equipe Iviva Medica é chefiada por Harald Ott, cirurgião cardiotorácico do Massachusetts General Hospital e fundador do Laboratório Ott para Engenharia e Regeneração de Órgãos da Universidade de Harvard.
- Time Miromatrix liderada pelo CEO e fundador da empresa de produtos terapêuticos de base biológica Miromatrix e o especialista em biologia celular Jeff Ross.
- Equipe Mpact Bioengineering com o pesquisador líder e diretor John P. Fisher do Center for Engineering Complex Tissues da Universidade de Maryland.
- Equipe Flow Maize and Blue, chefiada pelo Cirurgião Cardíaco Pediátrico do Sistema de Saúde Ming-Sing Si da Universidade de Michigan.
- ITeams seguindo a liderança do especialista em bioengenharia e Professor de Cirurgia Ortopédica da Universidade de Stanford Peter Yang.
- Equipe Penn State University liderada pelo Hartz Family Associate Professor of Engineering da Penn State University, Ibrahim Ozbolat.
- Team Techshot Inc. segue o cientista-chefe da empresa de biofabricação 3D Techshot, Eugene Boland.
A equipe Vital Organs tem o especialista em vascularização e o professor de bioengenharia da - Rice University, Jordan Miller, como o pesquisador principal.
- A equipe WFirm Bioprinting é supervisionada pelo professor associado do Wake Forest Institute for Regenerative Medicine (WFIRM) Sang Jin Lee.
- A equipe Winston, também da WFIRM, é liderada pelo Diretor de Programa de Operações da WFIRM, James Yoo, e o renomado especialista em bioprinting Anthony Atala.
Tecnologias usadas em desafios têm aplicação real
Cellink, Prellis Biologics e Techshot já criaram produtos de sucesso que atualmente estão sendo comercializados para o desenvolvimento de tecidos em todo o mundo. A Techshot levou sua tecnologia um passo adiante, enviando duas plataformas, o 3D BioFabrication Facility (BFF) e o Techshot. (veja a lista completa de participantes abaixo).
Da mesma forma, especialistas como Miller, Lee e Ozbolat são bem conhecidos por desenvolver a engenharia de tecidos e a bioimpressão. Miller e seus colegas se concentraram na criação de redes vasculares primorosamente emaranhadas que imitam as passagens naturais do corpo para sangue, ar, linfa e outros fluidos vitais. Ozbolat está aproveitando a tecnologia de impressão de tecidos humanos para curar pele e ossos, enquanto Lee trabalha em estreita colaboração com o pioneiro bioengenheiro americano Anthony Atala para criar sistemas de biomateriais que melhoram as interações celulares.
Vascular Tissue Challenge distribui 500 mil dólares aos vencedores
As equipes que incluem uma rede diversificada de especialistas em engenharia de tecidos, pesquisa de microgravidade e medicina regenerativa, bem como startups promissoras no campo de bioimpressão, competiram por um prêmio total de $ 500.000. O valor é dividido entre os três primeiros projetos para criar com sucesso tecido de órgão vascularizado humano metabolicamente funcional in vitro em um ambiente controlado da Terra.
Como parte da competição, os participantes tiveram que criar tecidos vascularizados humanos para um órgão – como o coração, pulmão, fígado ou rim. Era preciso ter mais de 1 centímetro de espessura e manter um total de células sobreviventes superior a 85% ao longo de um período experimental de 30 dias. As equipes tiveram que demonstrar três testes bem-sucedidos cada um com uma taxa de sucesso de pelo menos 75% para ganhar um prêmio.
Além dos testes de laboratório, eles também tiveram que apresentar uma proposta detalhada sobre como eles avançariam ainda mais alguns aspectos de sua pesquisa por meio de um experimento de microgravidade realizado no Laboratório Nacional da Estação Espacial Internacional (ISS) dos EUA.
Fígado impresso em 3D ficou com dois primeiros lugares
Duas equipes de cientistas do Wake Forest Institute for Regenerative Medicine (WFIRM) em Winston-Salem, Carolina do Norte, ganharam o primeiro e o segundo lugar no Vascular Tissue Challenge da NASA. O concurso de prêmios visa acelerar as inovações da engenharia de tecidos para beneficiar as pessoas na Terra hoje e os exploradores espaciais no futuro.
A equipe Winston, a vencedora do primeiro lugar do Vascular Tissue Challenge da NASA, usou uma câmara para segurar o tecido impresso e testar um processo chamado perfusão. A equipe Winston, a vencedora do primeiro lugar do Vascular Tissue Challenge da NASA, usou uma câmara para segurar o tecido impresso e testar um processo chamado perfusão.
Cada equipe usou uma técnica de impressão 3D variada para construir um tecido em forma de cubo com cerca de um centímetro de espessura e capaz de funcionar por 30 dias no laboratório. A equipe Winston, a primeira equipe a concluir seu teste de acordo com as regras do desafio, receberá US $ 300.000 e terá a oportunidade de avançar suas pesquisas a bordo do Laboratório Nacional da Estação Espacial Internacional (ISS) dos EUA.
A equipe WFIRM receberá o prêmio de segundo lugar de $ 100.000. Duas equipes afiliadas a outras organizações continuam a disputar o terceiro lugar e os US $ 100.000 restantes.
Tecidos humanos impressos em 3D para transplantes ainda dependem de mais pesquisa
Embora mais avanços sejam necessários para torná-lo realidade, os órgãos artificiais desenvolvidos a partir das células do próprio paciente mudariam vidas, reduziriam as listas de espera para transplantes e ajudariam a acabar com a escassez de órgãos. “Eu não posso exagerar como essa conquista é impressionante. Quando a NASA começou este desafio em 2016, não tínhamos certeza de que haveria um vencedor ”, disse Jim Reuter, administrador associado da NASA para tecnologia espacial.
“Será excepcional ouvir sobre o primeiro transplante de órgão artificial um dia e pensar que esse novo desafio da NASA pode ter desempenhado um pequeno papel em fazê-lo acontecer.”
Os tecidos do corpo dependem dos vasos sanguíneos para fornecer às células nutrientes e oxigênio e remover os resíduos metabólicos – um processo conhecido como perfusão. Como não é fácil recriar esse processo em tecidos projetados, a NASA pediu às equipes que desenvolvessem e testassem estratégias para fazer tecidos contendo vasos sanguíneos artificiais que fossem funcionais. As equipes vencedoras usaram tecnologias de impressão 3D para criar moldes. Feitos em gel ou andaimes, essa rede de canais foi projetada de forma a manter os níveis de oxigênio e nutrientes suficientes para que os tecidos construídos ficassem vivos durante seus testes de 30 dias, conforme especificado nas regras do desafio.
Winston e WFIRM usaram diferentes designs impressos em 3D e diferentes materiais para produzir tecidos vivos que abrigavam tipos de células encontrados em fígados humanos. “O valor de um tecido artificial depende inteiramente de quão bem ele imita o que acontece no corpo”, disse Lynn Harper, administrador de desafios do Ames Research Center da NASA no Vale do Silício da Califórnia. “Os requisitos são precisos e variam de órgão para órgão, tornando a impressão de tecidos humanos extremamente exigente e complexa. Agora, é observar os próximos passos desses dedicados e talentosos cientistas.