Bioimpressora 3D imprime tecido in situ

Bioimpressão é o uso de técnicas de impressão 3D para fabricar tecidos a partir de biomateriais. É usado principalmente para criar tecidos humanos para pesquisa e testes de drogas in vitro. Quando usada para criar uma parte do corpo destinada à implantação em um paciente, a peça deve primeiro ser impressa com uma bioimpressora de mesa e, em seguida, normalmente é necessária uma grande cirurgia em campo aberto para colocá-la. Além do risco de infecção e do longo tempo de recuperação, é possível uma incompatibilidade entre a peça impressa e o tecido alvo interno ao qual está fixada, assim como problemas decorrentes de contaminação e manuseio.

Para superar esses desafios, pesquisadores da Universidade de Nova Gales do Sul em Sydney, na Austrália, desenvolveram um braço robótico macio em miniatura e uma cabeça de impressão flexível, e os integraram a um longo cateter tubular que compõe o corpo flexível da impressora. Tanto o braço quanto o cabeçote de impressão possuem três graus de liberdade (DoFs).

“Nossa bioimpressora 3D flexível, designada F3DB, pode fornecer biomateriais diretamente no tecido ou órgãos alvo com uma abordagem minimamente invasiva”, diz Thanh Nho Do, professor sênior da Escola de Pós-Graduação em Engenharia Biomédica da UNSW, que junto com seu Ph.D. a estudante Mai Thanh Thai liderou a equipe de pesquisa.

O F3DB não só tem potencial para reconstruir diretamente partes danificadas do corpo, como também “pode ser usado como uma ferramenta cirúrgica endoscópica completa, com o bico assumindo o papel de um bisturi cirúrgico”, acrescenta Do. “Isso evitaria a necessidade de utilizar diferentes ferramentas de limpeza, marcação e incisão, agora utilizadas em procedimentos mais longos, como a remoção de um tumor.”

A bioimpressora 3D flexível do protótipo também pode servir como uma ferramenta cirúrgica endoscópica para todos os fins. Fonte: UNSW Sydneyyoutu.be

Embora a bioimpressão in situ tenha sido investigada na última década, “a bioimpressão em órgãos internos tem sido limitada devido a várias dificuldades”, diz Ibrahim Ozbolat, professor de ciências da engenharia e mecânica na Pennyslvania State University, ao comentar os detalhes da pesquisa publicados no artigo de fevereiro. Ciência Avançada. “Este dispositivo móvel de bioimpressão endoscópica multifuncional é novo”, diz ele, e poderia “avançar as técnicas existentes, permitindo observações em tempo real, incisões e bioimpressão em órgãos internos”.

O aparelho tem diâmetro semelhante ao de um endoscópio (cerca de 11 a 13 milímetros), pequeno o suficiente para ser inserido no corpo pela boca ou ânus. O braço robótico macio é acionado por três atuadores de fole de tecido macio regulados por um sistema hidráulico composto por seringas acionadas por motor DC que bombeiam água para os atuadores. Uma cabeça de impressão flexível, composta por músculos artificiais hidráulicos macios, permite que o bocal de impressão se mova em três direções, como o de uma impressora 3D de mesa convencional. O controle geral é feito por uma configuração mestre-escravo que usa um sistema háptico comercial para transmitir movimentos manuais pelo mestre.

Ao atingir o alvo, o braço e a cabeça de impressão são controlados por um algoritmo automatizado baseado na cinemática inversa, processo matemático que determina os movimentos necessários para entregar os biomateriais na superfície de um órgão ou tecido interno. A impressão é monitorada por uma câmera miniatura flexível acoplada.

Para testar o dispositivo, os pesquisadores usaram primeiro vários materiais não biomateriais, como silicone líquido e chocolate, para imprimir diferentes padrões 3D multicamadas no laboratório. Em experimentos posteriores, eles imprimiram diversas formas com materiais inanimados na superfície do rim de um porco. Mais tarde, os pesquisadores imprimiram biomateriais vivos in situ em uma superfície de vidro dentro de um cólon artificial.

“Vimos as células crescerem todos os dias e aumentarem quatro vezes no sétimo dia, o último dia do experimento”, diz Do.

Para testar o dispositivo como uma ferramenta multifuncional para cirurgia endoscópica, os pesquisadores realizaram diversas funções, como lavar, marcar e dissecar o intestino de um porco. “Os resultados mostram que o F3DB tem um forte potencial para ser desenvolvido como uma ferramenta endoscópica completa para procedimentos de dissecção endoscópica da submucosa”, diz Do.