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O coração em um chip é feito inteiramente usando impressão 3D multimaterial em um único procedimento automatizado, integrando seis tintas de impressão personalizadas com resolução micrométrica.
Engenheiros da Universidade de Harvard criaram o primeiro órgão em um chip totalmente impresso em 3D com detecção integrada. Usando um procedimento de fabricação digital totalmente automatizado, o coração em um chip impresso em 3D pode ser rapidamente fabricado e personalizado, permitindo que os pesquisadores coletem facilmente dados confiáveis para estudos de curto e longo prazo.
Esta nova abordagem de fabricação poderá um dia permitir que os pesquisadores projetem rapidamente órgãos em chips, também conhecidos como sistemas microfisiológicos, que correspondam às propriedades de uma doença específica ou mesmo às células de um paciente individual.
A pesquisa é publicada na Nature Materials.
“Esta nova abordagem programável para a construção de órgãos em chips não apenas nos permite alterar e personalizar facilmente o design do sistema integrando a detecção, mas também simplifica drasticamente a aquisição de dados”, disse Johan Ulrik Lind, primeiro autor do artigo, pós-doutorado. na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS) e pesquisador do Instituto Wyss de Engenharia Biologicamente Inspirada da Universidade de Harvard.
Os órgãos em chips imitam a estrutura e a função do tecido nativo e surgiram como uma alternativa promissora aos testes tradicionais em animais. No entanto, o processo de fabricação e coleta de dados para órgãos em chips é caro e trabalhoso. Atualmente, esses dispositivos são construídos em salas limpas usando um processo litográfico complexo e de várias etapas, e a coleta de dados requer microscopia ou câmeras de alta velocidade.
“Nossa abordagem foi enfrentar esses dois desafios simultaneamente por meio da fabricação digital”, disse Travis Busbee, coautor do artigo e estudante de pós-graduação no laboratório de Jennifer Lewis, Professora Hansjorg Wyss de Engenharia Biologicamente Inspirada, membro principal do corpo docente do Wyss Instituto e coautor do estudo. “Ao desenvolver novas tintas imprimíveis para impressão 3D multimaterial, conseguimos automatizar o processo de fabricação e aumentar a complexidade dos dispositivos”, disse Busbee.
Os pesquisadores desenvolveram seis tintas diferentes que integravam sensores de deformação suave na microarquitetura do tecido. Num procedimento único e contínuo, a equipa imprimiu esses materiais em 3D num dispositivo microfisiológico cardíaco – um coração num chip – com sensores integrados.
“Estamos ultrapassando os limites da impressão tridimensional ao desenvolver e integrar vários materiais funcionais em dispositivos impressos”, disse Lewis. “Este estudo é uma demonstração poderosa de como nossa plataforma pode ser usada para criar chips instrumentados totalmente funcionais para triagem de medicamentos e modelagem de doenças.”
O chip contém vários poços, cada um com tecidos separados e sensores integrados, permitindo aos pesquisadores estudar muitos tecidos cardíacos projetados de uma só vez. Para demonstrar a eficácia do dispositivo, a equipe realizou estudos de medicamentos e estudos de longo prazo sobre mudanças graduais no estresse contrátil de tecidos cardíacos projetados, que podem ocorrer ao longo de várias semanas.
“Os pesquisadores muitas vezes ficam trabalhando no escuro quando se trata de mudanças graduais que ocorrem durante o desenvolvimento e maturação do tecido cardíaco, porque faltam maneiras fáceis e não invasivas de medir o desempenho funcional do tecido”, disse Lind. “Esses sensores integrados permitem que os pesquisadores coletem dados continuamente enquanto os tecidos amadurecem e melhoram sua contratilidade. Da mesma forma, permitirão estudos dos efeitos graduais da exposição crónica a toxinas.”
“Traduzir dispositivos microfisiológicos em plataformas verdadeiramente valiosas para estudar a saúde e as doenças humanas exige que abordemos tanto a aquisição de dados como a fabricação de nossos dispositivos”, disse Kit Parker, Professor de Bioengenharia e Física Aplicada da Família Tarr no SEAS, coautor do estudo. Parker também é membro do corpo docente do Wyss Institute. “Este trabalho oferece novas soluções potenciais para ambos os desafios centrais.”
Referência: “Dispositivos microfisiológicos cardíacos instrumentados via impressão tridimensional multimaterial” por Johan U. Lind, Travis A. Busbee, Alexander D. Valentine, Francesco S. Pasqualini, Hongyan Yuan, Moran Yadid, Sung-Jin Park, Arda Kotikian, Alexander P. Nesmith, Patrick H. Campbell, Joost J. Vlassak, Jennifer A. Lewis e Kevin K. Parker, 24 de outubro de 2016, Materiais da Natureza.
DOI: 10.1038/nmat4782