Dispositivo 3D recria ambiente da medula óssea em laboratório

Tecnologia disponível para licenciamento promove avanço em pesquisas biomédicas

Reproduzir fora do corpo humano as célulastronco hematopoiéticas, responsáveis pela formação do sangue, é um dos grandes desafios da medicina regenerativa. Elas são responsáveis por gerar células sanguíneas, como glóbulos vermelhos, glóbulos brancos e plaquetas, e por reconstruir a medula óssea quando esta é danificada. Dominar essa produção significaria algo como criar uma “fábrica de sangue”, o que traria avanços para terapias e para a pesquisa biomédica. No entanto, quando cultivadas em laboratório, as células-tronco hematopoiéticas perdem rapidamente a capacidade de se multiplicar e de formar uma nova medula óssea, o que ainda limita sua aplicação em transplantes e estudos clínicos.

Para avançar no desenvolvimento dessa técnica, pesquisadores do Centro Multidisciplinar para Investigação Biológica (Cemib) da Unicamp utilizaram modelos biológicos a partir de animais de laboratório e identificaram uma combinação celular capaz de prolongar as características originais das células-tronco em ambiente controlado. Em uma etapa posterior, eles desenvolveram um dispositivo tridimensional que reproduz, com grau de fidelidade inédito, o microambiente da medula óssea. A patente dessa tecnologia foi depositada no Instituto Nacional da Propriedade Industrial (Inpi) com suporte e estratégia da Agência de Inovação Inova Unicamp.

Fábrica de células

A investigação teve início há cerca de oito anos. Na ocasião, os pesquisadores começaram a estudar o cultivo de diferentes tipos de células junto a células-tronco hematopoiéticas, uma etapa prévia essencial para atingir o objetivo desejado. “Nessa fase inicial, a ideia era entender como recriar em laboratório a comunicação entre as células presentes na medula óssea”, afirma Marcus Corat, pesquisador do Laboratório de Modelos Biológicos do Cemib. “Essa interação celular controla o ritmo de produção das células do sangue, alternando entre momentos de proliferação e repouso da produção, conforme as necessidades do organismo”, detalha o especialista.

Durante esses experimentos de interação celular, os cientistas descobriram uma combinação que manteve por mais tempo as características originais das células-tronco. “Mesmo depois de 15 ou 20 dias de cultivo, ainda tínhamos um número alto de células progenitoras, o que é raro”, acrescenta Corat.

A partir da descoberta inicial, o grupo partiu para o desafio seguinte: desenvolver um dispositivo tridimensional que pudesse recriar o ambiente da medula óssea, que é um tecido mole e complexo. Essa etapa exigiu a integração entre biologia celular e impressão 3D, unindo técnicas de engenharia e biotecnologia. Foi desenvolvido um pequeno dispositivo oco, feito de um polímero PLA (ácido polilático), que é biodegradável, biocompatível com o organismo e amplamente usado em impressão 3D para aplicações médicas. A estrutura, segundo os pesquisadores, funciona como uma “casca” que abriga internamente o tecido celular.

“Dessa maneira, conseguimos reproduzir no interior do dispositivo, com grande fidelidade, o microambiente que abriga as células-tronco responsáveis pela formação do sangue. Ele permite manter as células viáveis por mais tempo, sem a necessidade de suplementação de citocinas, e pode ser transferido facilmente para diferentes condições experimentais, incluindo implantes em organismo vivo, o que não se via nas técnicas conhecidas”, destaca Corat.

Além disso, o dispositivo possui canais que permitem uma comunicação sutil entre o interior e seu exterior, mantendo o equilíbrio das substâncias internas e o controle das interações celulares com o meio externo. “Esse sistema elimina a necessidade de técnicas caras, como a microfluídica, usadas para garantir trocas de nutrientes e interações entre as células”, explica a bióloga Mayara Moreira, que participou da pesquisa durante seu mestrado e doutorado em Clínica Médica na Faculdade de Ciências Médicas (FCM) da Unicamp.

Benefícios e aplicações

A nova tecnologia encontra-se em fase de aprimoramento, mas os primeiros resultados permitem vislumbrar uma série de benefícios do dispositivo 3D, tanto no campo da pesquisa biomédica quanto do desenvolvimento de terapias. Como o dispositivo se mostrou capaz de manter as células-tronco vivas e funcionais por mais tempo, isso amplia sua utilidade em testes de medicamentos e estudos sobre doenças hematológicas.

“Na prática, o sistema poderia ser usado para testar drogas diretamente sobre células humanas doentes, sem a necessidade de experimentos em animais. Por exemplo, seria possível cultivar células de pacientes com leucemia dentro do dispositivo e avaliar qual medicamento seria mais eficiente. Além disso, ele permitiria testar fármacos in vitro e verificar seus efeitos”, explica Corat.

Moreira acrescenta outra possível aplicação: o uso do dispositivo como implante terapêutico, atuando como uma “minifábrica” de células dentro do corpo. “Em doenças como a anemia falciforme, por exemplo, acredita-se que bastaria que o organismo produzisse um pouco acima de 30% de células saudáveis para que o paciente tivesse uma melhora clínica e diminuísse a necessidade de transfusões sanguíneas corriqueiras”, ressalta a pesquisadora sobre o potencial da tecnologia, que ainda está em desenvolvimento.

A patente dessa tecnologia está disponível para licenciamento por parceiros interessados em investir nas novas etapas de seu desenvolvimento. Segundo Corat, os próximos passos envolvem duas frentes: uma delas, voltada aos testes in vitro, já está pronta para aplicação em colaboração com empresas ou centros de pesquisa; a segunda, relacionada aos implantes terapêuticos, ainda depende de estudos pré-clínicos. “Para uso em transplantes, precisaríamos desenvolver mais, fazer análises e verificar o funcionamento em organismos doentes”, afirma o pesquisador.

Reportagem produzida pela equipe de comunicação da Agência de Inovação Inova Unicamp no âmbito de parceria com a Secretaria Executiva de Comunicação