Novo método de cultura organoide pode verificar a toxicidade humana de nanomateriais

O Instituto de Pesquisa de Padrões e Ciência da Coreia (KRISS) desenvolveu o primeiro método de cultura organoide do mundo capaz de avaliar com precisão a toxicidade humana de nanomateriais. Superando as limitações do método de cultura convencional, espera-se que esta nova tecnologia promova a comercialização de avaliações de segurança de nanomateriais e nanomedicina baseadas em organoides.

O artigo está publicado na revista Nano-letras.

Um organoide é uma versão miniaturizada de um órgão produzido pela cultura de células-tronco humanas in vitro. Como um organoide simula efetivamente o corpo humano, os organoides estão atraindo muita atenção como meio de avaliação de toxicidade de próxima geração, substituindo os testes em animais; entretanto, apresentam uma desvantagem: a padronização é difícil devido às limitações do método de cultura.

No método convencional de cultura organoide, as células são incorporadas na matriz extracelular e solidificadas na forma de uma cúpula para formar uma estrutura tridimensional; em seguida, um meio de cultura é adicionado para cultivar as células. Neste método, a espessura da cúpula da matriz extracelular varia no centro e na borda, causando um desequilíbrio no fornecimento de oxigênio.

Como resultado, os organoides não conseguem crescer uniformemente; em vez disso, eles se agregam na cúpula como bolhas e, portanto, são difíceis de dividir. O maior problema é que os nanomateriais não conseguem penetrar na cúpula, pelo que o seu impacto nos organoides não pode ser confirmado com precisão.

No método de cultura organoide recentemente desenvolvido, a matriz extracelular é diretamente misturada com a solução de cultura para cultivar organoides de maneira flutuante.

Este método é adequado para comercialização porque os organoides podem ser produzidos em um tamanho relativamente uniforme e podem ser facilmente divididos em números idênticos. A preparação e divisão uniformes são essenciais porque a triagem de alto rendimento é realizada em instalações industriais reais, colocando um máximo de 1.000 organoides em cada recipiente para testar simultaneamente suas reações aos nanomateriais.

Outro grande benefício do novo método é que, diferentemente do método de cultura convencional, a ausência da cúpula da matriz extracelular permite que cada nanomaterial alcance os organoides. A taxa de penetração dos nanomateriais é a mesma do modelo celular bidimensional atualmente utilizado em instalações industriais. O método de cultura recentemente desenvolvido é o primeiro do mundo a permitir a confirmação da penetração de nanomateriais em organoides.

O Grupo de Medição Nanobio do KRISS inicialmente cultivou organoides por três dias usando o método convencional. Após a retirada da cúpula da matriz extracelular, realizaram cultura flutuante dos organoides em solução de cultura misturada com a matriz extracelular na concentração de 5% (v/v) para testar a toxicidade dos nanomateriais.

Os organoides foram tratados com nanopartículas de óxido de zinco (ZnO NPs), que são um material tóxico para o fígado, e nanopartículas de ouro atóxicas (AuNPs). A comparação mostrou que a toxicidade de cada material pôde ser observada com precisão, ao contrário do método convencional.

Ahruem Baek, pesquisador sênior da KRISS, disse: “Com base em nossos resultados, estabeleceremos procedimentos padrão de avaliação de segurança de nanomateriais e nanomedicina usando organoides, contribuindo para o avanço da nanoindústria da Coreia.”

Os resultados deste estudo podem permitir uma avaliação rápida e precisa da segurança de nanomateriais e nanomedicina usando organoides, contribuindo para a utilização segura de nanomateriais em vários campos técnicos estratégicos.

Tae Geol Lee, chefe do Centro de Metrologia de Nanossegurança da KRISS, disse: “Como a necessidade de testes de substituição animal, exigidos pelo Ministério de Segurança Alimentar e Medicamentos e pela FDA dos EUA, está crescendo continuamente, é muito significativo que tenhamos desenvolveu a primeira tecnologia de avaliação de segurança de nanomateriais baseada em organoides do mundo por meio de pesquisa convergente e cooperativa com um hospital.”