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Oct 26, 2023

Método novo e simples para projetar uma plataforma que imita os vasos sanguíneos

26 de junho de 2020

26 de junho de 2020

pela Universidade de Tecnologia e Design de Cingapura

O sistema circulatório sanguíneo serve como infraestrutura crítica para o transporte em massa de nutrientes e facilita a troca de produtos gasosos e residuais dos órgãos do corpo humano. Esses vasos sanguíneos estão sujeitos à exposição constante à pressão hidrodinâmica do fluxo sanguíneo, bem como ao ritmo de contração e relaxamento exercido pelos tecidos que o cercam. A exposição a esses estímulos pode desencadear uma cascata de respostas celulares que podem dar origem a condições adversas como trombose e inflamação nos vasos sanguíneos.

Essas respostas celulares a eventos são conhecidas como mecanotransdução - o processo de conversão de sinais mecânicos em sinais químicos no corpo. Embora os pesquisadores tenham conseguido projetar modelos de doenças que imitam várias deficiências nos vasos sanguíneos, a capacidade de incorporar tensão de cisalhamento simultânea do fluxo sanguíneo e tensão de estiramento ainda foi considerada difícil de replicar.

Pesquisadores da Keio University (Keio U) Onoe Research Group colaboraram com o Laboratório de Fluidos Macios da Universidade de Tecnologia e Design de Cingapura (SUTD) para desenvolver e fabricar um microcanal baseado em matriz extracelular (ECM) que permite fornecer estímulos mecânicos devido à perfusão e alongamento simultaneamente . Este método direto permitiu aos pesquisadores fazer uma rede complexa de microcanais em um ECM que se assemelhava a tecidos humanos por moldagem sacrificial.

Nesta abordagem, o molde foi primeiro padronizado com bifurcações e dimensões em cascata tão baixas quanto 0,2 mm de largura. Uma impressora 3-D de modelagem de deposição fundida (FDM) disponível comercialmente e onipresente foi usada para imprimir o molde de sacrifício feito com álcool polivinílico (PVA). Ao contrário de um método bem estabelecido, como a moldagem de réplicas, em que várias etapas de montagem e alinhamento eram necessárias para criar microcanais com geometria 3-D, a moldagem sacrificial permitia a fabricação rápida de microcanais em várias matrizes. O molde foi totalmente embutido em ECM (gelatina), curado com transglutaminase; vedação, alinhamento ou empilhamento não eram necessários ao fazer a plataforma para vasos sanguíneos e tecidos circundantes.

"Como o molde de PVA é removível em água, o processo de fabricação foi totalmente concluído usando apenas água. Isso é importante para garantir a biocompatibilidade dos microcanais fabricados", disse Jason Goh, Ph.D. bolsista da SUTD.

"A moldagem de sacrifício de um molde impresso em 3-D de modelagem de deposição fundida oferece ampla liberdade de design e potencializa a fabricação de uma plataforma fisiológica mais relevante", acrescentou o professor assistente Michinao Hashimoto, da SUTD.

As células endoteliais humanas foram prontamente cultivadas na superfície do microcanal para formar um tubo que imita os vasos sanguíneos. O comportamento característico dos vasos sanguíneos, como seu fluxo pulsátil, foi alcançado com sucesso em condições de perfusão e estiramento. Esta plataforma de vasos sanguíneos serviu para ampliar o espectro de aplicabilidade dos atuais modelos vasculares in vitro para investigar condições patológicas de uma maneira fisiologicamente mais relevante.

"Demonstramos com sucesso a engenharia de substitutos para vasos sanguíneos com resistência mecânica suficiente para suportar a pressão de fluido aplicada e o alongamento presente no corpo humano. A plataforma será útil para entender os mecanismos de doenças vasculares", disse Azusa Shimizu, principal autor e um aluno de mestrado e professor associado Hiroaki Onoe de Keio U, Japão.

O trabalho de pesquisa foi publicado e apresentado com destaque na capa interna do Lab on a chip, o principal periódico que cobre trabalhos originais relacionados à miniaturização abaixo da microescala e na interface entre avanços tecnológicos e aplicativos de impacto. Azusa Shimizu (Keio U) colaborou com Jason Goh (SUTD) e Shun Itai (Keio U). Outros pesquisadores seniores do projeto incluem o Dr. Shigenori Miura, da Universidade de Tóquio.