Como você constrói estruturas complexas para abrigar células usando um material macio como geleia? Os cientistas da Rice University têm a resposta, e isso representa um salto potencial para a medicina regenerativa e a pesquisa médica em geral.
Pesquisadores do laboratório de Jeffrey Hartgerink, da Rice, descobriram como imprimir em 3D as estruturas bem definidas usando uma tinta peptídica de automontagem. “Eventualmente, o objetivo é imprimir estruturas com células e desenvolver tecidos maduros em uma placa de Petri. Esses tecidos podem então ser transplantados para tratar lesões ou usados para aprender sobre como uma doença funciona e para testar candidatos a medicamentos”, disse Adam Farsheed, um estudante de pós-graduação em bioengenharia de arroz e principal autor do estudo, que apareceu em Materiais avançados.
“Existem 20 aminoácidos naturais que compõem as proteínas do corpo humano”, disse Farsheed. “Os aminoácidos podem ser ligados entre si em cadeias maiores, como blocos de Lego. Quando as cadeias de aminoácidos são maiores que 50 aminoácidos, elas são chamadas de proteínas, mas quando essas cadeias são menores que 50 aminoácidos, são chamadas de peptídeos. Neste trabalho, usamos peptídeos como nosso material base em nossas tintas de impressão 3D.”
Desenvolvidos por Hartgerink e colaboradores, esses “peptídeos de múltiplos domínios” são projetados para serem hidrofóbicos de um lado e hidrofílicos do outro. Quando colocadas na água, “uma das moléculas se sobrepõe à outra, criando o que chamamos de sanduíche hidrofóbico”, disse Farsheed.
Esses sanduíches se empilham uns sobre os outros e formam longas fibras, que então formam um hidrogel, um material à base de água com textura gelatinosa que pode ser útil para uma ampla gama de aplicações, como engenharia de tecidos, robótica leve e tratamento de águas residuais.
Peptídeos de múltiplos domínios têm sido usados para regeneração de nervos, tratamento de câncer e cicatrização de feridas, e demonstraram promover altos níveis de infiltração celular e desenvolvimento de tecidos quando implantados em organismos vivos.
“Sabemos que os peptídeos multidomínio podem ser implantados com segurança no corpo”, disse Farsheed. “Mas o que eu queria fazer neste projeto era ir em uma direção diferente e mostrar que esses peptídeos são uma ótima tinta para impressão 3D.
“Pode ser contra-intuitivo, já que nosso material é tão macio, mas reconheci que nossos peptídeos de múltiplos domínios são candidatos ideais para tinta devido à maneira como eles se automontam”, continuou ele. “Nosso material pode se reagrupar depois de ser deformado, semelhante à forma como a pasta de dente forma uma boa fibra quando empurrada para fora de um tubo”.
A formação em engenharia mecânica de Farsheed permitiu que ele adotasse uma abordagem não convencional ao testar sua hipótese.
“Eu tinha uma abordagem de engenharia de força bruta onde, em vez de modificar quimicamente o material para torná-lo mais acessível à impressão 3D, testei para ver o que aconteceria se simplesmente adicionasse mais material”, disse ele. “Aumentei a concentração cerca de quatro vezes e funcionou extremamente bem.
“Houve apenas um punhado de tentativas de impressão 3D usando outros peptídeos de automontagem, e esse trabalho é ótimo, mas esta é a primeira vez que qualquer sistema de peptídeos de automontagem foi usado para imprimir em 3D com sucesso tais complexos. estruturas”, continuou Farsheed.
As estruturas foram impressas com peptídeos multidomínio carregados positivamente ou carregados negativamente, e as células musculares imaturas colocadas nas estruturas se comportaram de maneira diferente, dependendo da carga. As células permaneceram enroladas no substrato com carga negativa, enquanto no material carregado positivamente as células se espalharam e começaram a amadurecer.
“Isso mostra que podemos controlar o comportamento celular usando complexidade estrutural e química”, disse Farsheed.
Hartgerink é professor de química e bioengenharia e presidente associado de estudos de graduação. Farsheed é um estudante de pós-graduação em bioengenharia e principal autor do estudo. Os coautores adicionais do estudo são o estudante de graduação Adam Thomas e o estudante de pós-graduação Brett Pogostin.
Os Institutos Nacionais de Saúde (R01 DE021798) e o Programa de Bolsas de Pesquisa de Pós-Graduação da National Science Foundation apoiaram a pesquisa.
Com informações de Science Daily.