Discos espinhais bioimpressos oferecem esperança para dores nas costas
Cientistas da Universidade de Manchester foram pioneiros em uma maneira de criar discos espinhais humanos funcionais, com o objetivo de revolucionar nossa compreensão da dor nas costas e da degeneração do disco em um salto para a ciência médica.
A pesquisa inovadora, liderada pelo Dr. Matthew J. Kibble, usou uma técnica de impressão 3D de última geração chamada bioimpressão para reproduzir a estrutura e o ambiente complexos dos discos espinhais humanos. Em um estudo publicado na revista Acta Biomaterialia, eles revelam que a rigidez do tecido e os níveis de oxigênio afetam significativamente a produção de materiais biológicos vitais, incluindo colágeno e ácido hialurônico, pelas células do disco humano. Os insights podem levar a novos tratamentos para dor nas costas, uma condição que afeta centenas de milhões de pessoas em todo o mundo.
A bioimpressão é uma técnica de ponta que utiliza células vivas e materiais biológicos para criar estruturas complexas em 3D que imitam com precisão a estrutura dos órgãos humanos.
Os novos discos bioimpressos permitirão que os cientistas estudem como diferentes condições afetam o comportamento das células do disco e contribuem para a degeneração do tecido e a dor nas costas. A maioria das bioimpressoras funciona de forma semelhante às impressoras 3D de plástico, extrudando material por meio de um bocal sob pressão para construir estruturas. No entanto, em vez de imprimir plástico, as bioimpressoras usam células e tintas semelhantes a gel feitas de materiais favoráveis às células, como colágeno, celulose ou gelatina.
Os cientistas prepararam as células e os materiais necessários para a bioimpressão e projetaram um modelo digital de um disco espinhal humano.
Para esse estudo, os discos bioimpressos foram feitos de géis contendo colágeno combinado com alginato, uma proteína derivada de algas marinhas. Eles usaram bioimpressoras 3D de última geração capazes de depositar vários tipos de células e materiais, camada por camada, para criar modelos sofisticados em que as diferentes características biológicas, químicas e mecânicas do disco humano pudessem ser modeladas. Os tecidos bioimpressos foram então armazenados em condições controladas para que pudessem crescer, amadurecer e desenvolver suas funções biológicas.
O Dr. Stephen M. Richardson, da Universidade de Manchester, autor correspondente do estudo, disse:
“Este trabalho representa um passo em direção à criação automatizada de modelos realistas de órgãos inteiros e nos aproxima da compreensão das causas fundamentais da degeneração do disco. Nossas descobertas fornecem insights importantes sobre os fatores que impulsionam a degeneração do disco e abrem caminho para o desenvolvimento de terapias regenerativas mais eficazes, por exemplo, por meio da incorporação de células-tronco.”
A bioimpressão tem sido usada para fabricar modelos de diferentes tecidos, incluindo pele, cérebro, nervos e coração, rins e tumores. No entanto, ainda faltam décadas para que os órgãos com engenharia de tecidos sejam totalmente funcionais; os modelos atuais são usados principalmente para investigar processos biológicos em laboratório, mas podem funcionar como substitutos de animais de laboratório.
Como parte de sua pesquisa de doutorado na Universidade de Manchester, o Dr. Kibble desenvolveu os discos bioimpressos para explorar o impacto da rigidez do tecido sobre os dois tipos de células que habitam diferentes partes dos discos espinhais adultos: células do núcleo pulposo e do anel fibroso.
Em futuros modelos de discos, os cientistas planejam incorporar células encontradas em discos saudáveis e jovens em desenvolvimento, juntamente com células-tronco ou células editadas por genes para criar modelos ainda mais avançados de saúde e doença. Isso permitirá que eles entendam como o tecido saudável é formado e se as células-tronco podem ser usadas para produzir tecido saudável e tratar a dor nas costas.
O Dr. Kibble disse:
“Mais de 600 milhões de pessoas em todo o mundo sofrem de dor lombar. Nossos modelos de discos intervertebrais bioimpressos são uma oportunidade empolgante para informar melhores terapias regenerativas. Nossa pesquisa demonstrou que a rigidez do tecido e os níveis de oxigênio têm um impacto significativo sobre a produção de materiais biológicos vitais.
Houve muitas tentativas de projetar discos para que pudéssemos entender sua biologia e desenvolver modelos para testar diferentes terapias ou transplantá-los em animais. Mas, além de ser muito difícil de fazer, isso também consome muito tempo. Nosso trabalho nos permite produzir modelos de discos biologicamente funcionais em escala e nos permitirá fazer avanços extremamente necessários em nossa compreensão da doença do disco.”
O estudo foi financiado pelo UKRI EPSRC/MRC Centre for Doctoral Training in Regenerative Medicine, pelo Wellcome Institutional Strategic Support Fund e pelo Medical Research Council.
Os autores também agradecem o apoio dos subsídios nacionais do Henry Royce Institute EPSRC e da Bioprinting Technology Platform. Um vídeo da bioimpressora em ação está disponível, assim como imagens dos discos bioprototipados e gráficos ilustrativos. O artigo intitulado Suspension bioprinted whole intervertebral disc analogues enable regional stiffness- and hypoxia-regulated matrix secretion by primary human nucleus pulposus and annulus fibrosus cells foi publicado na Acta Biomaterialia e está disponível no seguinte DOI: https://doi.org/10.1016/j.actbio.2025.05.015
Vídeo de bioimpressão
Fonte: Universidade de Manchester
