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Um avanço na bioimpressão 3D de tecidos musculares esqueléticos nativos foi feito por cientistas do Instituto Terasaki de Inovação Biomédica (TIBI). A chave para a abordagem dos cientistas do TIBI reside na sua biotinta especialmente formulada, que contém micropartículas projetadas para entrega sustentada do fator de crescimento semelhante à insulina-1 (IGF-1). Como foi mostrado em seu artigo recente em Biociência Macromolecular, a entrega sustentada de IGF-1 aumenta a formação de tecido muscular esquelético maduro a partir de células precursoras musculares e facilita o seu alinhamento estrutural. Isto aumenta a eficiência do processo regenerativo e pode levar a terapias bem-sucedidas para pessoas que sofrem de perda ou lesão muscular.
A perda de músculo esquelético devido a trauma, doença ou procedimentos cirúrgicos resulta não apenas em comprometimento funcional, mas causa danos aos tecidos associados, como vasos sanguíneos e outros tecidos estruturais. O tratamento atual para essa perda muscular é a transferência do tecido muscular saudável do paciente de um local diferente para o local da lesão. Contudo, a inervação insuficiente e outras complicações com o tecido transplantado podem dificultar a recuperação muscular completa.
O processo normal de desenvolvimento muscular é gradual, onde células precursoras musculares redondas chamadas mioblastos se fundem para formar células tubulares chamadas miotubos. Esses miotubos eventualmente se desenvolvem em fibras musculares maduras. Além da maturação das células musculares, o alinhamento e a orientação celular precisos são essenciais para o sucesso da contração e função muscular.
Esforços têm sido feitos para a bioengenharia do tecido muscular esquelético funcional, mas a maioria das abordagens apresenta seu próprio conjunto de desafios. Por exemplo, tentativas de projetar tecido muscular esquelético semelhante ao nativo usando métodos de eletrofiação produziram tecido muscular com alinhamento estrutural adequado e orientação para reparo e regeneração; entretanto, as capacidades dos tecidos para maturação celular e contração muscular provaram ser insuficientes.
A abordagem TIBI utiliza bioimpressão 3D com uma biotinta composta de GelMA (um hidrogel biocompatível à base de gelatina), células de mioblastos e micropartículas projetadas para entrega sustentada de IGF-1.
O IGF-1 promove a regeneração e reparação muscular quando presente por pelo menos dez dias. Para fornecer liberação sustentada de IGF-1 por vários dias, os pesquisadores usaram um sistema microfluídico para fabricar micropartículas de tamanho uniforme que foram revestidas com IGF-1. O IGF-1 foi gradualmente libertado da superfície das micropartículas à medida que as partículas se degradavam.
Uma semana após as construções musculares terem sido criadas com a nova biotinta, os pesquisadores observaram um melhor alinhamento, fusão e diferenciação dos mioblastos em miotubos, que também demonstraram crescer e se alongar significativamente mais do que as construções sem uma liberação sustentada de IGF-1. Curiosamente, dez dias após a bioimpressão, as construções de tecido muscular com libertação sustentada de IGF-1 começaram a contrair-se espontaneamente.
Estudos pré-clínicos foram realizados com camundongos que receberam implantes de construções de tecido muscular bioimpresso em 3D. Os ratos implantados com construções de tecido muscular que ofereceram libertação sustentada de IGF-1 exibiram o mais elevado grau de regeneração do tecido muscular seis semanas após a implantação.
Adicional na Vivo experimentos revelaram que a liberação sustentada de IGF-1 também desencadeou uma resposta inflamatória bem regulada que se mostrou benéfica para o reparo tecidual.
“A liberação sustentada de IGF-1 facilita a maturação e o alinhamento das células musculares, o que é uma etapa crucial na reparação e regeneração do tecido muscular”, disse o Diretor e CEO do TIBI, Ali Khademhosseini, Ph.D. “Há um grande potencial para usar esta estratégia para a criação terapêutica de tecido muscular contrátil e funcional”.
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