Desde cérebros biossintéticos para prever epilepsia até pequenos implantes impressos em 3D para regenerar músculos e ossos, esta é uma pesquisa que está no limite do que é clinicamente possível.

Mas é a equipe por trás dessas ideias – engenheiros, especialistas em robótica e biólogos trabalhando com os melhores cirurgiões e médicos – que faz a diferença entre sonhar e realizar.

O professor Rob Kapsa é pesquisador-chefe do RMIT no Aikenhead Center for Medical Discovery, onde lidera um grupo de pesquisa que usa o laboratório de biofabricação construído especificamente pela ACMD.

Sediado no St Vincent's Hospital Melbourne, o ACMD reúne pesquisadores e médicos para encontrar soluções para alguns dos nossos maiores desafios biomédicos.

Em reconhecimento do papel vital do centro, o governo de Victoria deu luz verde para uma instalação construída especificamente no valor de US$ 206 milhões para apoiar seu crescimento contínuo.

Primeiro, o que é biofabricação e como ela poderia transformar o tratamento médico?

Trata-se fundamentalmente de fazer coisas que se integrem totalmente ao nosso corpo, para curar, reparar e restaurar funções.

Ao contrário dos implantes tradicionais, as estruturas e dispositivos biofabricados podem, na verdade, chegar perto de imitar a complexidade fenomenal do tecido humano vivo.

A biofabricação combina engenharia de materiais, ciências biológicas, fabricação aditiva, nanotecnologia e tecnologias biomédicas de saúde.

Isso abre enormes oportunidades para criar estruturas para restaurar, substituir e regenerar qualquer coisa, desde ossos e músculos até cérebro, articulações e tecidos conjuntivos.

Por exemplo, os investigadores estão a trabalhar em novas tecnologias biofabricadas para reparar a deterioração óssea em pessoas idosas, desenvolver um pâncreas artificial personalizado e autorregulado para pessoas com diabetes e construir músculos de substituição para pacientes traumatizados.

Conte-nos sobre os “cérebros” biossintéticos que você está criando.

Quando você está tentando entender como o cérebro funciona e como consertá-lo quando ele dá errado, observar as células em slides bidimensionais só leva você até certo ponto. Então construímos em três dimensões, usando bioimpressão 3D, diz o professor Kapsa.

Os 'cérebros' que fabricamos são minúsculos, com cerca de 3 mm por 3 mm, mas há cérebro funcional suficiente para ser estudado e analisado (e além disso, o córtex cerebral humano tem apenas 3 mm de espessura).<

Nossos pequenos blocos cerebrais são feitos de células da pele, que reprogramamos em células-tronco que podem produzir neurônios. O bloco do “cérebro” é suspenso em uma matriz de colágeno 3D e colocado em um conjunto de eletrodos.

Usando estimulação elétrica ou adicionando neuroquímicos, podemos fazer com que os neurônios disparem. O conjunto de eletrodos registra essa atividade – que imita o disparo do sistema nervoso – para nos dar uma imagem detalhada do que está acontecendo.

Essencialmente, são construções cerebrais sintéticas personalizadas, ideais para cientistas que trabalham para compreender e tratar doenças neurológicas.

Como esses “cérebros” estão nos ajudando na pesquisa sobre epilepsia?

A epilepsia afeta 1 em cada 100 pessoas, mas sabemos que cerca de metade delas desenvolve a doença mais tarde na vida, depois de sofrer alguma lesão cerebral quando eram mais jovens.

Achamos que isso pode ocorrer porque algumas pessoas têm uma predisposição genética, mas no momento não podemos prever quem pode estar em risco de desenvolver epilepsia devido a um ferimento na cabeça.

Nesta pesquisa, estamos colaborando com os neurologistas do Murdoch Children's Research Institute, que descobriram uma mutação genética que causa epilepsia, bem como com os neurologistas do St Vincent's Hospital Melbourne.<

Retiramos células da pele de pessoas que têm essa mutação genética, removemos a mutação e desenvolvemos um “cérebro” biossintético a partir dessas células geneticamente editadas. Para efeito de comparação, também transformamos cérebro a partir de células não editadas “positivas para epilepsia”.

Em seguida, testamos os 'cérebros' que produzimos a partir dessas células, induzindo um certo nível de lesão e verificando se – e quando – elas apresentam atividade semelhante à epiléptica.

O que pretendemos, em última análise, é um teste genético simples que possa determinar se você tem probabilidade de desenvolver epilepsia devido a um pequeno traumatismo cranioencefálico, como jogar futebol americano ou outros esportes.

De que outra forma esses “cérebros” poderiam ser usados ​​no futuro?

Nossos 'cérebros' biossintéticos também serão usados ​​para a modelagem personalizada de distúrbios neurológicos.

É aqui que um 'cérebro' cultivado a partir das próprias células de um paciente pode permitir ao médico compreender melhor sua condição, otimizar o tratamento e, em última análise, até mesmo seu prognóstico.<

Para a RMIT, este trabalho abre novos caminhos interessantes para o projeto, desenvolvimento, fabricação e tradução de dispositivos e sistemas híbridos biomecatrônicos.

Como parte da pesquisa para desenvolver tratamentos para a distrofia muscular, sua equipe foi pioneira em uma técnica de “cavalo de Tróia” que combina engenharia muscular e edição genética. Como funciona?

A ideia básica é retirar células de pessoas com a mutação que causa a distrofia muscular, editar a mutação e depois colocar essas células de volta no músculo para fazê-lo funcionar novamente.

Houve casos clínicos ensaios de terapias celulares regenerativas, nomeadamente terapia de transplante de mioblastos, mas infelizmente estes falharam porque as células implantadas não prosperam e não se multiplicam.

A diferença da nossa abordagem é que, em vez de implantar as células diretamente, nós as protegemos em uma geleia especial feita de algas marinhas. Esse é o “cavalo de Tróia” – um pedaço de geleia de alga marinha com células musculares que é prontamente aceito pelo corpo e depois permite que as células saudáveis ​​“invadam” o músculo doente.

Nossa técnica resulta em uma incrível disseminação de células musculares viáveis, com estudos pré-clínicos em camundongos mostrando vários milhões de núcleos originados das 10.000 células que implantamos inicialmente.

Qual ​​o papel da impressão 3D e da bioimpressão no trabalho da sua equipe?

Na ACMD, temos a sorte de ter acesso a biofabricação de última geração e tecnologias avançadas de fabricação, incluindo bioimpressoras especializadas projetadas para impressão 3D de células vivas e biorreatores para culturas de células 3D. Trabalhar com essas tecnologias faz uma enorme diferença em nossas colaborações.

Por exemplo, usamos um processo de impressão 3D chamado 'eletroescrita por fusão' em nosso trabalho para estimular o crescimento de redes vasculares em tecidos projetados. Este sistema também pode ser usado em nossas estruturas de modelagem de tecidos, para que se assemelhem mais ao tecido vascularizado.

Mas às vezes nosso trabalho não é sobre a tecnologia mais recente – trata-se de criar novas abordagens sobre o antigo.

Os pesquisadores de nossa equipe inverteram a impressão 3D tradicional para criar estruturas biomédicas incrivelmente complexas em seu trabalho de regeneração de ossos e tecidos. Sua abordagem inovadora usa impressoras 3D padrão para construir pequenos implantes que podem suportar o crescimento celular.

Também publicamos recentemente uma receita para fazer músculos, que detalha os ingredientes, equipamentos e técnicas necessárias para projetar tecido muscular esquelético funcional.

É um resumo do nosso trabalho ao longo de muitos anos no aprimoramento de nossos métodos de biotinta e bioimpressão para produzir construções viáveis ​​de músculo esquelético impressas em 3D. Esperamos que este trabalho eventualmente permita a engenharia muscular para pessoas que sofreram doenças e traumas musculares.

Você tem colaborações de longa data com médicos e cirurgiões do St Vincent's Hospital Melbourne. Como o estabelecimento do ACMD acelerou a pesquisa da sua equipe?

Ao longo das décadas, à medida que nossa equipe desenvolveu nossa abordagem para engenharia muscular e nervosa, sempre trabalhamos em estreita colaboração com médicos e cirurgiões para desenvolver soluções do mundo real para problemas de saúde do velho mundo que são mal atendidos pelas tecnologias existentes.

Nosso trabalho não envolve apenas ideias interessantes ou possibilidades teóricas – trata-se de resolver os problemas que os médicos e, talvez mais importante, os pacientes, enfrentam diariamente.

Estamos trabalhando diretamente com as pessoas que um dia usarão nossa pesquisa em sua prática clínica e em salas cirúrgicas. Eles estão compartilhando seus desafios e o que precisam para ajudar seus pacientes.

E é isso que queremos que nossa pesquisa faça: sair e ajudar as pessoas.

Cérebros biossintéticos, músculos projetados, cavalos de Tróia... algumas dessas ideias quase parecem ficção científica. Então, quando eles poderiam realmente se tornar realidade clínica?

É verdade que o que estamos fazendo está nas fronteiras da ciência. Mas tecnologias avançadas de fabricação já estão fazendo a diferença na vida dos pacientes, como o primeiro implante espinhal impresso em 3D feito localmente na Austrália.

O trabalho da RMIT nessa iniciativa levou a novos rumos no projeto de implantes de próxima geração para pacientes com câncer ósseo, um foco do projeto dentro da ACMD.

Alguns de nossos projetos clinicamente mais avançados podem levar de 5 a 10 anos para a tradução clínica, mas ainda estamos nos primeiros dias da revolução da bioimpressão 3D.<

O melhor é que nossa abordagem clínico-científica colaborativa significa que podemos ignorar ideias impraticáveis ​​que nunca funcionariam na vida real e nos concentrar em pesquisas com maior potencial de impacto.

O professor Rob Kapsa lidera o grupo de pesquisa de Biofabricação e Engenharia de Tecidos (BiTE) na RMIT.

A Rede BiTE, que visa reunir acadêmicos e candidatos a doutorado que trabalham no campo mais amplo da bioengenharia para novas áreas orientadas para BiTE, é apoiada pelas Plataformas de Capacidade de Habilitação da RMIT para Materiais Avançados, Manufatura e Fabricação, e Saúde Biomédica e Inovação.

ACMD é o primeiro centro de pesquisa em engenharia biomédica baseado em hospital da Austrália, com parceiros como St Vincent's Hospital Melbourne, RMIT University, University of Melbourne, Australian Catholic University, Swinburne University of Technology, University of Wollongong Australia, Bionics Institute, St. Vincent's Institute e Centre for Eye Research Australia.

 Trecho da notícia da RMIT:  Gosia Kaszubska

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A ciência biomédica constitui a base da nossa compreensão de como funcionam os corpos humanos e animais e das respostas do corpo a diversas doenças, exercício, dieta, distúrbios internos e influências ambientais.

É uma ampla área da ciência que trata da compreensão do corpo humano e de como ele interage com as doenças - como elas ocorrem, o que acontece e como podemos controlá-las, curá-las e preveni-las. As ciências biomédicas envolvem a compreensão da anatomia e da fisiologia humana, bem como da bioquímica.

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