Novo avanço pode destravar a criação de órgãos artificiais para transplantes

Engenheiros do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) desenvolveram uma técnica que permite controlar o crescimento de vasos sanguíneos por meio de estímulos mecânicos, um avanço que pode ajudar a superar um dos maiores desafios da engenharia de tecidos: criar redes vasculares organizadas capazes de nutrir órgãos e tecidos artificiais.Continua após a publicidade

Pesquisadores da área vêm tentando cultivar órgãos e tecidos vivos a partir de células para substituir estruturas doentes ou danificadas do corpo humano.Embora já tenham conseguido produzir músculos, fígados, rins, pele e outros tecidos artificiais, ainda não existia um método confiável para formar redes de vasos sanguíneos com padrões precisos, incluindo capilares mais finos do que um fio de cabelo humano. Sem essa rede vascular, os tecidos artificiais não conseguem receber nutrientes suficientes para funcionar adequadamente.Agora, a equipe do MIT demonstrou que é possível projetar e direcionar esse crescimento utilizando estiramento mecânico. O estudo foi publicado na revista Proceedings of the National Academy of Sciences.Vasos sanguíneos em chips
Para realizar o experimento, os cientistas criaram um “vaso sanguíneo em um chip” composto por uma artéria central formada por células endoteliais humanas;

Essa estrutura foi incorporada a um gel enriquecido com nutrientes e contendo um pequeno ímã;

Os pesquisadores movimentaram um ímã externo para deslocar o ímã embutido no gel, fazendo a artéria oscilar de um lado para o outro. O objetivo era observar como o vaso principal reagia ao estímulo mecânico;

Os experimentos mostraram que o simples movimento repetitivo da artéria estimulava o surgimento de novos capilares;

Além disso, ao alterar a direção do estiramento, os cientistas conseguiram redirecionar o crescimento desses vasos. Variando a intensidade do estiramento, também foi possível controlar a quantidade de novos capilares formados.
Segundo os autores, a técnica representa uma nova maneira de projetar vasos sanguíneos artificiais e programar seus padrões de crescimento.“Tecidos saudáveis dependem de redes organizadas de vasos sanguíneos, mas os protocolos mais avançados não permitem fabricar tais redes dentro de tecidos artificiais”, afirma Ritu Raman, professora associada de engenharia mecânica do MIT e coautora principal do estudo.“A capacidade de programar o crescimento dos vasos sanguíneos com estímulos físicos pode viabilizar a fabricação reprodutível e escalável de tecidos artificiais que possam ser implantados no corpo para restaurar funções após doenças debilitantes ou lesões.”Também assinam o trabalho, pelo MIT, Sina Kheiri, Jessica Shah, Shashaank Venkatesh e Roger Kamm, além de Peiyuan Chai e Ryan Flynn, da Universidade de Harvard (EUA).
Segundo os autores, a técnica representa uma nova maneira de projetar vasos sanguíneos artificiais e programar seus padrões de crescimento – Imagem: MIT

Desafio para criar redes vascularesOs pesquisadores destacam que os vasos sanguíneos continuam sendo uma das estruturas mais difíceis de produzir por técnicas convencionais.Embora impressoras 3D consigam fabricar grandes artérias e veias, elas ainda não oferecem precisão suficiente para construir redes complexas de capilares extremamente finos. Outra alternativa consiste em cultivar vasos a partir de células em placas de Petri contendo nutrientes e fatores de crescimento, mas controlar exatamente onde essas estruturas irão surgir continua sendo um problema.“Você pode tentar organizar sinais químicos, como fatores de crescimento, para direcionar onde os vasos crescem, mas não é possível fazer isso com muita precisão”, explica Raman. “Por isso, precisamos de outros tipos de estímulos que possam ser padronizados e que nos ajudem a construir tecidos com vasos organizados.”Continua após a publicidadeA nova pesquisa teve origem em um protocolo desenvolvido anteriormente pelo grupo para cultivar músculos e nervos artificiais.Naquele trabalho, os pesquisadores utilizaram um pequeno chip preenchido com gel enriquecido com nutrientes e fatores de crescimento, contendo um ímã interno. Ao movimentarem um ímã externo, faziam o gel e as células se deslocarem repetidamente, demonstrando que esse tipo de “exercício” mecânico influenciava diretamente o crescimento celular.Como funciona o dispositivoNa nova versão do experimento, o chip utilizado pelos cientistas é menor do que um selo postal. O dispositivo foi preenchido com um gel rico em nutrientes contendo um pequeno ímã.Os pesquisadores perfuraram o gel longitudinalmente para criar um canal oco, revestindo sua superfície com células endoteliais vivas, responsáveis naturalmente pela formação dos vasos sanguíneos. Depois que as células assumiram o formato do canal, começaram a brotar novos vasos semelhantes a capilares.Continua após a publicidadeO dispositivo foi colocado sob uma plataforma motorizada equipada com pequenos ímãs suspensos. A equipe então movimentou esses ímãs em diferentes direções e intensidades para observar como o crescimento vascular respondia aos estímulos.“A principal conclusão é: esticar o vaso sanguíneo de um lado para o outro parece aumentar o número de novos capilares que crescem”, afirma Raman.Quando a artéria permanecia imóvel dentro do gel, apenas alguns vasos surgiam em pontos aleatórios. Já com o movimento repetitivo, a quantidade de novos vasos aumentava significativamente.Os testes também mostraram diferenças conforme a intensidade do estiramento. Quando o gel era esticado em 5% de sua largura total, muitos novos vasos surgiam. Ao aumentar o estiramento para 15%, a quantidade de novos vasos diminuía, mas aqueles que cresciam apresentavam maior comprimento.Continua após a publicidadeAlém disso, sempre que a direção do estiramento era alterada, os novos vasos acompanhavam esse padrão, fazendo curvas e crescendo na direção do estímulo mecânico.“Estamos descobrindo que movimentar-se faz bem, que é sempre a conclusão de tudo o que fazemos em nosso laboratório”, diz Raman. “As forças mecânicas desempenham um papel importante em nosso corpo. Isso significa que, se você quiser cultivar mais ou menos vasos, vasos mais curtos ou mais longos, ou vasos em certas direções, agora sabemos como fazer isso.”O papel do gene PIEZO1 nos vasos sanguíneosOs cientistas também investigaram por que os vasos sanguíneos respondem ao estímulo mecânico. A pesquisa concentrou-se no gene PIEZO1.Segundo o estudo, Raman havia assistido recentemente a uma palestra do biólogo molecular Ardem Patapoutian, vencedor do Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina de 2021 por descobrir canais iônicos presentes nas membranas celulares que se abrem e se fecham em resposta à pressão mecânica.Continua após a publicidadeEsses canais, conhecidos como PIEZO1 e PIEZO2, funcionam como guardiões da célula, regulando o que entra e sai dela, sendo controlados pelos genes de mesmo nome.Após conhecer os resultados obtidos pela equipe do MIT, Patapoutian sugeriu que a ativação do canal PIEZO1 poderia explicar o crescimento dos vasos observado durante os experimentos. A hipótese era que o exercício mecânico aplicado à artéria central promovia a abertura desses canais iônicos, desencadeando a formação de novos vasos sanguíneos.Para testar essa ideia, os pesquisadores utilizaram edição genética para reduzir a atividade do gene PIEZO1 nas células endoteliais.A hipótese foi confirmada experimentalmente. Mesmo submetidas ao mesmo estímulo mecânico, as células com o gene PIEZO1 suprimido produziram muito menos vasos sanguíneos do que as células normais.Segundo os autores, o resultado indica que o crescimento vascular ocorre em resposta ao estímulo mecânico por meio da ativação dos canais iônicos PIEZO1.Continua após a publicidadePróximo passoCom a demonstração de que é possível controlar tanto a quantidade quanto a direção do crescimento dos vasos sanguíneos, a equipe pretende agora utilizar esse protocolo para construir redes vasculares organizadas capazes de abastecer órgãos e tecidos artificiais.“Estamos agora investigando como o direcionamento preciso do crescimento dos vasos sanguíneos pode ajudar a melhorar a função muscular”, afirma a coautora Jessica Shah.O estudo recebeu apoio parcial do Early Career Program e do PECASE Grant do Army Research Office, do Departamento de Guerra dos Estados Unidos, além de um DURIP Program Grant concedido pelo mesmo departamento.

Rodrigo Mozelli

Rodrigo Mozelli é jornalista formado pela Universidade Metodista de São Paulo (UMESP) e, atualmente, é redator do Olhar Digital.

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