Uma equipe de pesquisa da Universidade Xi’an Jiaotong desenvolveu um método para bioimpressão de tecido muscular esquelético cujas células se alinham em direções que refletem a arquitetura do músculo humano actual.
O trabalho da equipe aborda um desafio persistente na medicina regenerativa: embora as técnicas existentes de bioimpressão possam replicar a forma externa do tecido muscular, as células dentro das estruturas impressas normalmente permanecem desorganizadas. As células desorganizadas não conseguem fundir-se em fibras musculares funcionais ou contrair-se eficientemente, um problema que significa que o tecido impresso é mecanicamente fraco.
Usando forças elétricas para direcionar o comportamento celular
A equipe utilizou bioimpressão eletrohidrodinâmica (EHD)uma técnica que aplica um forte campo elétrico – aproximadamente 3.000 volts – para transformar a biotinta líquida em jatos extremamente finos. Ao contrário da bioimpressão convencional, que extrusa o materials através de um bico, a impressão EHD oferece maior resolução, mas anteriormente fornecia pouco controle sobre o arranjo interno das células.
Os pesquisadores reformularam a biotinta combinando alginato, um gel imprimível, com fibrina, uma proteína pure envolvida na coagulação do sangue e na cicatrização de feridas. Quando o campo elétrico esticou a biotinta durante a impressão, a fibrina se reorganizou a partir de aglomerados dispersos em nanofibras alinhadas apontando na mesma direção do filamento impresso. As células incorporadas então se orientaram ao longo dessas fibras.
“Você pode imprimir a forma semelhante a um músculo, mas as células não sabem para que lado puxar”, disse o professor Jiankang He, autor correspondente do estudo publicado na revista. Jornal Internacional de Fabricação Extrema, e Professor de Engenharia Mecânica na Universidade Xi’an Jiaotong.
“À medida que o materials se alinha, as células seguem”, acrescentou Ayiguli Kasimu, pesquisador de doutorado e primeiro autor do estudo. “O campo elétrico está efetivamente construindo um sistema rodoviário em nanoescala, e as células crescem naturalmente ao longo dele.”
A equipe também incorporou polímeros condutores na biotinta para apoiar a transmissão do sinal elétrico através do tecido.
“O tecido muscular depende de sinais elétricos para coordenar a contração, e os aditivos condutores permitiram que as construções impressas transmitissem esses sinais”, disse o professor assistente Zijie Meng, co-autor correspondente da Universidade Xi’an Jiaotong.
Quando implantadas em modelos animais com defeitos musculares, as construções impressas apoiaram a formação de novos músculos e melhoraram a recuperação funcional.
Os pesquisadores observaram que os mecanismos moleculares que regem a resposta da fibrina aos campos elétricos requerem estudos mais aprofundados, e que a densidade celular e a química dos materiais precisarão de otimização adicional.