Notícia

Engenharia reversa do coração: pesquisadores criam ventrículo esquerdo bioartificial

Sargol Okhovatian, Universidade de Toronto

Fonte

Universidade de Toronto

Data

quarta-feira, 20 julho 2022 06:10

Áreas

Biologia. Biotecnologia. Cardiologia. Engenharia Biológica. Engenharia Biomédica. Engenharia de Tecidos. Medicina.

Pesquisadores da Faculdade de Ciências Aplicadas e Engenharia da Universidade de Toronto, no Canadá, desenvolveram um modelo em pequena escala de um ventrículo esquerdo do coração humano em laboratório. A formação do tecido bioartificial é feita com células cardíacas vivas e bate com força suficiente para bombear fluido para dentro de um biorreator.

No coração humano, o ventrículo esquerdo é aquele que bombeia o sangue recém-oxigenado para a aorta e daí para o resto do corpo. O novo modelo desenvolvido em laboratório pode oferecer aos pesquisadores uma nova maneira de estudar uma ampla gama de doenças e condições cardíacas, bem como testar terapias potenciais.

“Com nosso modelo, podemos medir o volume de ejeção – quanto fluido é expelido cada vez que o ventrículo se contrai – bem como a pressão desse fluido”, disse Sargol Okhovatian, doutoranda no Instituto de Engenharia Biomédica. “Ambos eram quase impossíveis de obter com os modelos anteriores.”

Sargol Okhovatian e Mohammad Hossein Mohammadi, que concluiu mestrado em Engenharia Química e Biomédica na Universidade de Toronto, são os coautores principais de um novo artigo publicado na revista científica Advanced Biology que descreve o modelo que eles projetaram. A equipe multidisciplinar foi liderada pela Dra. Milica Radisic, professora do Departamento de Engenharia Química e Química Aplicada da unviersidade e autora sênior do artigo.

Todos os três pesquisadores são membros do Centro de Pesquisa e Aplicações em Tecnologias Fluídicas (CRAFT). Em parceria única entre o Conselho Nacional de Pesquisa do Canadá e a Universidade de Toronto, o CRAFT agrega especialistas líderes mundiais que projetam, constroem e testam dispositivos miniaturizados para controlar o fluxo de fluido na escala micrométrica, um campo conhecido como microfluídica.

Muitos dos desafios enfrentados pelos engenheiros de tecidos estão relacionados à geometria: embora seja fácil cultivar células humanas em duas dimensões – por exemplo, em uma placa de Petri plana – os resultados não se parecem muito com tecidos ou órgãos reais, como apareceriam no corpo humano. Para passar para três dimensões, a professora Milica Radisic e sua equipe usam pequenos estruturas (scaffolds) feitas de polímeros biocompatíveis. Essas estruturas, que geralmente são padronizadas com ranhuras ou com um aspecto semelhante a malhas, são semeadas com células do músculo cardíaco e deixados para crescer em meio líquido.

Com o tempo, as células vivas crescem juntas, formando um tecido. A forma ou padrão subjacente do scaffold incentiva as células a crescerem e se alinharem ou se esticarem em uma direção específica. Pulsos elétricos podem até ser usados ​​para controlar o quão rápido elas pulsam.

“Até agora, houve apenas algumas tentativas de criar um modelo verdadeiramente 3D de um ventrículo. Praticamente todos eles foram feitos com uma única camada de células. Mas um coração real tem muitas camadas, e as células em cada camada são orientadas em ângulos diferentes. Quando o coração bate, essas camadas não apenas se contraem, elas também se torcem, um pouco como quando você torce uma toalha para tirar a água dela. Isso permite que o coração bombeie mais sangue do que faria de outra forma”, explicou a professora Radisic.

A equipe conseguiu replicar esse arranjo de torção padronizando, em cada um de seus três painéis, ranhuras em ângulos diferentes entre si. Em colaboração com o laboratório liderado pelo Dr. Ren-Ke Li, professor da Faculdade de Medicina e cientista sênior do Toronto General Hospital Research Institute, eles mediram o volume e a pressão de ejeção usando um cateter de condutância, a mesma ferramenta usada para avaliar esses parâmetros em pacientes vivos.

No momento, o modelo pode produzir apenas uma pequena fração – menos de 5% – da pressão de ejeção que um coração real pode produzir, mas Sargol Okhovatian disse que isso era esperado, dada a escala do modelo. “Nosso modelo tem três camadas, mas um coração de verdade teria onze. Podemos adicionar mais camadas, mas isso dificulta a difusão do oxigênio, então as células nas camadas intermediárias começam a morrer. Corações reais têm vasos sanguíneos para resolver esse problema, então precisamos encontrar uma maneira de replicar isso”, destacou a pesquisadora.

Okhovatian disse que, além da questão da vasculatura, trabalhos futuros se concentrarão no aumento da densidade das células para aumentar o volume e a pressão de ejeção. Ela também quer encontrar uma maneira de encolher ou eventualmente remover o scaffold, que um coração real não teria. Embora o modelo de prova de conceito represente um progresso significativo, ainda há um longo caminho a percorrer antes que órgãos artificiais totalmente funcionais sejam possíveis.

“Não seremos capazes de fazer engenharia reversa de tudo em apenas alguns anos, mas com cada melhoria incremental, esses modelos se tornarão [cada vez] mais úteis para pesquisadores e médicos em todo o mundo”, concluiu Sargol Okhovatian.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade de Toronto (em inglês).

Fonte: Tyler Irving, Universidade de Toronto. Imagem: O ventrículo cardíaco modelo, feito com células cardíacas vivas reais, pode ser usado para estudar doenças cardíacas e testar terapias potenciais sem a necessidade de cirurgias invasivas. Fonte: Sargol Okhovatian, Universidade de Toronto.

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