De acordo com a Sociedade Brasileira de Cardiologia (SBC), doenças cardiovasculares (DCV) fazem parte do grupo de doenças crônicas não transmissíveis (DCNT) sendo essas as principais causas de óbitos em todo o mundo. No Brasil esses dados são bem similares, sendo que as DCV causam cerca de 30% das mortes envolvendo as DCNT.
As DCV são tão mortais porque o coração, ao contrário de alguns outros órgãos, não pode se reparar após uma lesão, por isso estudos envolvendo a engenharia de tecidos tornam-se tão importantes. Como é o caso do estudo realizado por bioengenheiros da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard John A. Paulson (SEAS, sigla em inglês), que desenvolveram o primeiro modelo biohíbrido de ventrículos humanos com células cardíacas em batimento helicoidal.
“Este trabalho é um grande passo para a biofabricação de órgãos e nos aproxima de nosso objetivo final de construir um coração humano para transplante”, disse Parker, professor de bioengenharia e física no SEAS e autor sênior do artigo. Esse avanço só foi possível utilizando um novo método de manufatura aditiva têxtil, que possibilitou a fabricação de fibras com diâmetros que variam de vários micrômetros a centenas de nanômetros, permitindo a formação de estruturas controladas por engenharia de tecidos.
Para realizar a fabricação destes tecidos os pesquisadores basearam-se em estudos realizados por Edward Sallin em 1969, em que ele argumenta que o alinhamento helicoidal do coração é fundamental para alcançar grandes frações de ejeção – a porcentagem de quanto sangue o ventrículo bombeia com cada contração. "Nosso objetivo era construir um modelo onde pudéssemos testar a hipótese de Sallin e estudar a importância relativa da estrutura helicoidal do coração", disse John Zimmerman, pós-doutorando da SEAS e co-autor do artigo. E foi com base nisso que eles puderam provar e mostrar que o alinhamento muscular, de fato, aumenta drasticamente a quantidade de sangue que o ventrículo pode bombear a cada contração.
Para testar esta teoria, os pesquisadores utilizaram o Focused Rotary Jet Spinning (FRJS), uma espécie de sistema que direciona o alinhamento celular das fibras fiadas, nas quais eles poderiam cultivar células cardíacas, permitindo dessa forma a criação de fibras que podem ser ajustado alterando o ângulo do coletor, o que forma estruturas que podem ser controladas por engenharia de tecidos.
"Desde 2003, nosso grupo tem trabalhado para entender as relações estrutura-função do coração e como a doença compromete patologicamente essas relações", disse Parker. "Neste caso, voltamos a abordar uma observação nunca testada sobre a estrutura helicoidal da arquitetura laminar do coração. Felizmente, o professor Sallin publicou uma previsão teórica há mais de meio século e conseguimos construir uma nova plataforma de fabricação que nos permitiu testar sua hipótese e abordar essa questão secular."
Eles decidiram utilizar o FRJS pois ele pode girar fibras rapidamente na escala de um único mícron – ou cerca de cinquenta vezes menor que um único fio de cabelo humano, ao contrário da impressão 3D, que fica mais lenta à medida que os recursos ficam menores. Isso é importante quando se trata de construir um coração do zero. Pegue o colágeno, por exemplo, uma proteína da matriz extracelular no coração, que também tem um único mícron de diâmetro. Levaria mais de 100 anos para imprimir em 3D cada pedaço de colágeno no coração humano nesta resolução. FRJS pode fazê-lo em um único dia.
A equipe também demonstrou que o processo pode ser ampliado para o tamanho de um coração humano real, podendo inclusive realizar feitos maiores como é o caso de um coração de Baleia (mas os pesquisadores não realizaram tentativas de modelos em larga escala como essa, pois seriam necessários de células cardiomiócitos).
Além da biofabricação, a equipe também explora outras aplicações para sua plataforma FRJS, como embalagens de alimentos. O Escritório de Desenvolvimento de Tecnologia de Harvard protegeu a propriedade intelectual relacionada a este projeto e está explorando oportunidades de comercialização.
Texto por Paula Eduarda Rocha | Ipedss Science
Fontes:
- Huibin Chang, Qihan Liu, John F. Zimmerman, Keel Yong Lee, Qianru Jin, Michael M. Peters, Michael Rosnach, Suji Choi, Sean L. Kim, Herdeline Ann M. Ardoña, Luke A. MacQueen, Christophe O. Chantre, Sarah E. Motta, Elizabeth M. Cordoves, Kevin Kit Parker. Recreating the heart’s helical structure-function relationship with focused rotary jet spinning. Science, 2022; 377 (6602): 180 DOI: 10.1126/science.abl6395. Disponível em: <https://www.sciencedaily.com/releases/2022/07/220708123626.htm>. Acesso em 11 de julho de 2022.
- Sociedade Brasileira de Cardiologia. Disponível em: <https://www.portal.cardiol.br/post/sbc-atualiza-relat%C3%B3rio-estat%C3%ADstica-cardiovascular-brasil#:~:text=Cerca%20de%2045%25%20de%20todas,causa%20de%20morte%20no%20pa%C3%ADs.>. Acesso em 11 de julho de 2022.