Visão geral da engenharia de tecidos

A capacidade do corpo humano de regenerar tecidos e órgãos é extremamente ineficiente, e a perda de tecidos e órgãos humanos pode acontecer facilmente devido a coisas como defeitos congênitos, doenças e trauma súbito. Quando o tecido morre (chamado de necrose), ele não pode ser trazido de volta à vida - se não for removido ou reparado, pode afetar outras áreas do corpo, como tecidos circundantes, órgãos, ossos e pele.

É aqui que a engenharia de tecidos é útil. Ao usar biomaterial (matéria que interage com os sistemas biológicos do corpo, como células e moléculas ativas), tecidos funcionais podem ser criados para ajudar a restaurar, reparar ou substituir tecidos e órgãos humanos danificados.

Uma breve história

A engenharia de tecidos é um campo relativamente novo da medicina, com pesquisas apenas começando na década de 1980. Um bioengenheiro e cientista americano chamado Yuan-Cheng Fung apresentou uma proposta à National Science Foundation (NSF) para um centro de pesquisa dedicado a tecidos vivos. Fung pegou o conceito de tecido humano e o expandiu para ser aplicado a qualquer organismo vivo entre células e órgãos.

Com base nessa proposta, a NSF rotulou o termo “engenharia de tecidos” em um esforço para formar um novo campo de pesquisa científica. Isso levou à formação da Sociedade de Engenharia de Tecidos (TES), que mais tarde se tornou a Sociedade Internacional de Engenharia de Tecidos e Medicina Regenerativa (TERMIS).

TERMIS promove educação e pesquisa no campo da engenharia de tecidos e medicina regenerativa. A medicina regenerativa se refere a um campo mais amplo que se concentra tanto na engenharia de tecidos quanto na capacidade do corpo humano de se autocurar a fim de restaurar a função normal de tecidos, órgãos e células humanas.

Objetivo da Engenharia de Tecidos

A engenharia de tecidos tem algumas funções principais na medicina e na pesquisa: ajudar no reparo de tecidos ou órgãos, incluindo reparo ósseo (tecido calcificado), tecido de cartilagem, tecido cardíaco, tecido de pâncreas e tecido vascular. O campo também realiza pesquisas sobre o comportamento das células-tronco. As células-tronco podem se desenvolver em muitos tipos diferentes de células e podem ajudar a reparar áreas do corpo.

O campo da engenharia de tecidos permite aos pesquisadores criar modelos para estudar várias doenças, como câncer e doenças cardíacas.

A natureza 3D da engenharia de tecidos permite que a arquitetura do tumor seja estudada em um ambiente mais preciso. A engenharia de tecidos também oferece um ambiente para testar novos medicamentos em potencial para essas doenças.

Como funciona

O processo de engenharia de tecidos é complicado. Envolve a formação de um tecido funcional 3D para ajudar a reparar, substituir e regenerar um tecido ou órgão do corpo. Para fazer isso, células e biomoléculas são combinadas com estruturas.

Os andaimes são estruturas artificiais ou naturais que imitam órgãos reais (como o rim ou o fígado). O tecido cresce nesses suportes para imitar o processo biológico ou a estrutura que precisa ser substituída. Quando eles são construídos juntos, o novo tecido é projetado para replicar o estado do tecido antigo quando não estava danificado ou doente.

Andaimes, células e biomoléculas

Os andaimes, que normalmente são criados por células no corpo, podem ser construídos a partir de fontes como proteínas no corpo, plásticos feitos pelo homem ou de um andaime existente, como um de um órgão doador. No caso de um órgão doador, o suporte seria combinado com células do paciente para fazer órgãos ou tecidos personalizáveis ​​que provavelmente seriam rejeitados pelo sistema imunológico do paciente.

Independentemente de como é formada, é essa estrutura de suporte que envia mensagens para as células que ajudam a apoiar e otimizar as funções celulares no corpo.

Escolher as células certas é uma parte importante da engenharia de tecidos. Existem dois tipos principais de células-tronco.

Dois tipos principais de células-tronco

• Células-tronco embrionárias: originam-se de embriões, geralmente em ovos que foram fertilizados in vitro (fora do corpo).
• Células-tronco adultas: encontradas dentro do corpo entre as células regulares - elas podem se multiplicar por divisão celular para reabastecer as células e os tecidos que estão morrendo.

Existem atualmente muitas pesquisas sendo conduzidas também com células-tronco pluripotentes (células-tronco adultas que são induzidas a se comportar como células-tronco embrionárias). Em teoria, existe um suprimento ilimitado de células-tronco pluripotentes, e seu uso não envolve a questão da destruição de embriões humanos (o que também causa um problema ético). Na verdade, pesquisadores vencedores do Prêmio Nobel divulgaram suas descobertas sobre células-tronco pluripotentes e seus usos.

No geral, as biomoléculas incluem quatro classes principais (embora também existam classes secundárias): carboidratos, lipídios, proteínas e ácidos nucléicos. Essas biomoléculas ajudam a formar a estrutura e a função das células. Os carboidratos ajudam órgãos como o cérebro e o coração a funcionar, bem como sistemas como o digestivo e o imunológico.

As proteínas fornecem anticorpos contra germes, bem como suporte estrutural e movimento corporal. Os ácidos nucléicos contêm DNA e RNA, fornecendo informações genéticas às células.

Uso Médico

A engenharia de tecidos não é amplamente utilizada para atendimento ou tratamento de pacientes. Houve alguns casos que usaram a engenharia de tecidos em enxertos de pele, reparo de cartilagem, pequenas artérias e bexigas em pacientes. No entanto, órgãos maiores com engenharia de tecidos, como coração, pulmões e fígado, ainda não foram usados ​​em pacientes (embora tenham sido criados em laboratórios).

Além do fator de risco do uso de engenharia de tecidos em pacientes, os procedimentos são extremamente caros. Embora a engenharia de tecidos seja útil quando se trata de pesquisa médica, especialmente ao testar novas formulações de medicamentos.

Usar tecido vivo e funcional em um ambiente fora do corpo ajuda os pesquisadores a obter ganhos na medicina personalizada.

A medicina personalizada ajuda a determinar se alguns medicamentos funcionam melhor para determinados pacientes com base em sua composição genética, além de reduzir os custos de desenvolvimento e testes em animais.

Exemplos de engenharia de tecidos

Um exemplo recente de engenharia de tecidos conduzido pelo Instituto Nacional de Imagens Biomédicas e Bioengenharia inclui a engenharia de um tecido hepático humano que é então implantado em um camundongo. Uma vez que o rato usa seu próprio fígado, o tecido do fígado humano metaboliza drogas, imitando como os humanos responderiam a certos medicamentos dentro do rato. Isso ajuda os pesquisadores a ver quais são as possíveis interações medicamentosas que podem ocorrer com um determinado medicamento.

Em um esforço para projetar o tecido com uma rede embutida, os pesquisadores estão testando uma impressora que faria uma rede semelhante a vascular a partir de uma solução de açúcar. A solução se formaria e endureceria no tecido projetado até que o sangue fosse adicionado ao processo, viajando através dos canais feitos pelo homem.

Finalmente, a regeneração dos rins de um paciente usando células do próprio paciente é outro projeto do Instituto. Os pesquisadores usaram células de órgãos de doadores para combinar com biomoléculas e uma estrutura de colágeno (do órgão do doador) para fazer crescer novo tecido renal.

O tecido desse órgão foi então testado quanto ao funcionamento (como absorção de nutrientes e produção de urina) tanto fora quanto dentro de ratos. O progresso nesta área da engenharia de tecidos (que também pode funcionar de forma semelhante para órgãos como o coração, o fígado e os pulmões) pode ajudar com a escassez de doadores, bem como reduzir quaisquer doenças associadas à imunossupressão em pacientes de transplante de órgãos.

Como isso se relaciona com o câncer

O crescimento do tumor metastático é uma das razões pelas quais o câncer é a principal causa de morte. Antes da engenharia de tecidos, os ambientes tumorais só podiam ser criados fora do corpo na forma 2D.Agora, os ambientes 3D, bem como o desenvolvimento e a utilização de certos biomateriais (como o colágeno), permitem que os pesquisadores olhem o ambiente de um tumor até o microambiente de certas células para ver o que acontece com a doença quando certas composições químicas nas células são alteradas .

Desta forma, a engenharia de tecidos ajuda os pesquisadores a entender a progressão do câncer e também quais os efeitos de certas abordagens terapêuticas em pacientes com o mesmo tipo de câncer.

Embora tenha havido progresso no estudo do câncer por meio da engenharia de tecidos, o crescimento do tumor pode freqüentemente causar a formação de novos vasos sanguíneos. Isso significa que, mesmo com os avanços que a engenharia de tecidos fez com a pesquisa do câncer, pode haver limitações que só podem ser eliminadas implantando o tecido modificado em um organismo vivo.

Com o câncer, no entanto, a engenharia de tecidos pode ajudar a estabelecer como esses tumores estão se formando, como devem ser as interações celulares normais, bem como como as células cancerosas crescem e metastatizam. Isso ajuda os pesquisadores a testar drogas que afetarão apenas as células cancerosas, em oposição a todo o órgão ou corpo.