Pulsando Inovação: Avanços na Engenharia de Tecidos Vasculares e o seu impacto na medicina cardiovascular

Representação da bioengenharia de vasos sanguíneos, através da tecnologia de Bioimpressão 3D [fonte: Bioedtech]

Os vasos sanguíneos desempenham uma função essencial na preservação da vida, transportando sangue rico em oxigênio e nutrientes vitais para todas as partes do corpo, ao mesmo tempo em que eliminam produtos tóxicos de forma eficaz. A relevância dessas intricadas vias torna-se evidente ao considerar seu impacto em diversas condições de saúde, podendo distúrbios nos vasos sanguíneos resultar em doenças graves, como ataques cardíacos, derrames e aneurismas. A nível global, a doença cardiovascular assume a posição de principal causa de mortalidade.

O Impacto na Saúde

Uma variedade de problemas de saúde e os tratamentos médicos associados estão intimamente ligados à dinâmica do fluxo sanguíneo no corpo. Por exemplo, ataques cardíacos decorrem da restrição do fluxo sanguíneo para o músculo cardíaco, ressaltando a importância crucial da circulação desimpedida. O diabetes apresenta muitos sintomas devido à prejudicial condição dos vasos sanguíneos, enquanto os tumores estimulam ativamente o crescimento de novos vasos sanguíneos destinados a supri-los exclusivamente. Adicionalmente, a mensuração do fluxo sanguíneo configura-se como um parâmetro fisiológico vital para avaliar a função cerebral.

Desafios e Alternativas

Apesar de a cirurgia de bypass ter se revelado uma alternativa que salva vidas para a substituição de vasos sanguíneos gravemente danificados, suas possibilidades são restritas, especialmente para canais sanguíneos de menor diâmetro, como a artéria coronária. Enxertos sintéticos não orgânicos podem ocasionar coagulação sanguínea e obstrução, tornando-os inadequados em determinadas circunstâncias. Como resultado, pacientes com opções limitadas, seja por cirurgias anteriores ou condições médicas coexistentes, enfrentam desafios significativos na gestão efetiva de sua saúde.

Como alternativa para abordar esse desafio, pesquisas dedicadas à Engenharia de Tecidos Vasculares têm emergido como uma solução inovadora no campo da medicina regenerativa, prometendo revolucionar o tratamento de doenças cardiovasculares. A convergência entre engenharia, medicina, biologia e química tem aproximado os pesquisadores do êxito na criação de vasos sanguíneos projetados para suportar o estresse mecânico provocado pelo pulsar do fluxo sanguíneo.

A engenharia tecidual de vasos sanguíneos de diferentes calibres se faz necessário para suprir uma demanda global [cellink.com]

No desenvolvimento de vasos sanguíneos funcionais, é crucial compreender a arquitetura, função e os tipos celulares presentes nesses tecidos. Na abordagem da Engenharia de Tecidos, a seleção adequada dos materiais que comporão os suportes estruturais, chamados de scaffolds, é vital para a reconstrução do tecido. As células, responsáveis por depositar a matriz extracelular, desempenham um papel fundamental, mantendo as arquiteturas que sustentam as relações estrutura-função, definindo a homeostase fisiológica. O uso de fatores bioativos, como estímulos mecânicos e fatores de crescimento, orienta a produção de citocinas e a diferenciação celular, crucial para a maturação do tecido.

Diversos materiais têm sido empregados com resultados promissores na engenharia de tecidos vasculares. Materiais poliméricos naturais, como colágeno, gelatina metacrilada (GELMA), fibroína de seda e elastina, mostraram-se eficazes. Associados ou não a materiais poliméricos sintéticos, como poliácido glicólico (PEG), poliácido lático (PLA) e poli-ε-caprolactona (PCL), esses materiais não apenas melhoram as propriedades mecânicas, mas também retardam a degradação dos scaffolds, tornando-os compatíveis com o tempo de maturação do tecido. Esses materiais têm sido aplicados em diversos métodos de fabricação, como cell sheets, eletrofiação, casting, impressão 3D e microfluídica.

Em um estudo conduzido por Peters et al. (2023), observou-se a propensão das células cardíacas em se alinhar e auto-organizar em resposta a sinais topológicos em estruturas fibrosas. Este achado destaca que o processo de fabricação pode influenciar a organização do tecido, assim como os sinais geométricos dentro da matriz extracelular desses tecidos projetados.

A biofabricação de estruturas similares a vasos sanguíneos já é uma realidade [Fonte: digitaltrends]

Uma vez projetado e fabricado, o tecido engenheirado passa por um processo de maturação, que pode ser conduzido por meio de um biorreator. Este dispositivo é capaz de mimetizar de forma controlada o ambiente fisiológico necessário para o desenvolvimento do tecido. Biorreatores contendo meio de cultura ou co-cultura, enriquecidos com tipos celulares específicos, como células endoteliais e musculares lisas, podem ser combinados com fatores pro-angiogênicos, além de forças mecânicas cíclicas e de cisalhamento. Esses elementos aprimoram a capacidade de formação de um vaso sanguíneo funcional, garantindo viabilidade a longo prazo e adequada integração com o organismo hospedeiro.

Os vasos sanguíneos engenheirados têm apresentado resultados promissores em aplicações pré-clínicas, fundamentais para a validação de sua segurança e eficácia. Uma vez validadas, essas abordagens têm o potencial de revolucionar a medicina cardiovascular, reduzindo a dependência de intervenções tradicionais.

Neste contexto, buscamos esclarecer a ciência por trás da engenharia de tecidos vasculares. A compreensão desses conceitos fundamentais é essencial para dominar as técnicas emergentes e moldar o futuro das aplicações, seja na medicina regenerativa, farmacologia, biologia do desenvolvimento, modelagem de doenças, entre outras.

A biofabricação de vasos sanguíneos e o entendimento de sua biomecânica auxilia na criação de biomodelos mais fidedignos [Fonte: emergency-live]

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Referência

PETERS, Michael M. et al. Self-organizing behaviors of cardiovascular cells on synthetic nanofiber scaffolds. APL bioengineering, v. 7, n. 4, 2023.

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SOBRE O AUTOR

Gabriela Morais é Engenheira Mecânica pela Universidade Federal do Maranhão e Mestranda em Engenharia Biomédica pela Universidade Federal do ABC desenvolvendo projeto relacionado a engenharia de tecidos vasculares.