Biotintas: o que são, tipos e importância para a medicina

Biotintas são materiais utilizados na bioimpressão que poderá imprimir órgãos humanos funcionais

Biotintas são polímeros naturais ou sintéticos. Elas podem ser compostas por células ou por um gel de biopolímero transportador adicional que envolve as células. Essas células se ligam ao gel e podem crescer, se espalhar e proliferar.

As biotintas são utilizadas na bioimpressão — a impressão tridimensional de tecidos e órgãos biológicos por meio de camadas de células vivas. Essa possibilidade das biotintas criarem órgãos funcionais faz com que a bioimpressão ganhe cada vez mais destaque nas pesquisas que buscam o avanço da Medicina.

O que são biotintas?

A ideia inicial de impressão de órgãos era imprimir um hidrogel e depois inserir células vivas ou esferoides de tecido, como as biotintas, também chamadas de bioink.

Com o avanço das pesquisas e técnicas de fabricação, as biotintas ficaram mais sofisticadas. O próprio termo se tornou diverso. Um estudo publicado na revista Bioprinting aponta uma divisão possível para os diferentes termos:

• Biotintas de suporte: materiais concebidos para apoiar populações de células durante a distribuição na impressão e agir como uma matriz extracelular artificial à medida que as células se multiplicam;
• Biotintas fugitivas: materiais temporários que podem ser rapidamente removidos para formar vazios internos ou canais dentro de uma construção impressa;
• Biotintas estruturais: usadas ​​para fornecer integridade mecânica às estruturas impressas;
• Biotintas funcionais: fornecem pistas bioquímicas, mecânicas ou elétricas para influenciar o comportamento celular depois que uma estrutura é impressa.

A definição da biofabricação conceitua as biotintas como uma formulação de células que é adequada para ser processada por uma tecnologia de biofabricação automatizada. Por sua vez, a biofabricação é um conjunto de técnicas de biologia, engenharia, medicina, química, física e outras áreas que visam construir e reconstruir estruturas biológicas – no contexto de impressão de órgãos, as estruturas são os órgãos.

Modalidades de bioimpressão

A bioimpressão 3D pode ser feita de diferentes maneiras:

• Bioimpressão assistida por laser;
• Bioimpressão à jato de tinta ou bioimpressão de gotículas;
• Bioimpressão baseada em extrusão.

Em todas essas modalidades, utilizam-se biotintas. A escolha da biotinta ideal vai depender da aplicação realizada, dos tipos de células e da bioimpressora 3D a ser utilizada.

Em algumas aplicações, no entanto, cientistas ainda enxergam uma limitação das biotintas, pois a substância ideal deve ter características reológicas (que inclui propriedades como elasticidade, viscosidade e plasticidade), químicas e biológicas adequadas. Essas propriedades físico-químicas levarão à construção de tecido com resistência mecânica apropriada, biocompatibilidade e biodegradabilidade, se for necessário.

Tipos de biotintas

Nos processos de bioimpressão, diferentes tipos de biotintas são utilizados:

Biotintas baseadas em hidrogel

Os hidrogéis possuem recursos favoráveis para serem utilizados como andaimes em tecidos. Além disso, são biodegradáveis e biocompatíveis. Exemplos de biotintas baseadas em hidrogel são:

• Biotintas baseadas em proteínas, que utilizam substâncias como colágeno e gelatina-alginato;
• Polissacarídeos, tais como: alginato, refinado da alga marrom que é biocompatível, tem baixa citotoxicidade e baixo custo; dextran, que é atóxico, hidrófilo e biodegradável; agarose, extraído das algas marinhas, com propriedades de gelificação (processo pelo qual a membrana celular tar tomam o aspecto de gel);
• Biotintas baseadas em polímero sintético, como o PEG, um polímero sintetizado por polimerização de óxido de etileno com propriedades mecânicas adaptáveis, fortes e que facilitam os processos de bioimpressão;
• Biotintas comerciais, feitas com biomateriais como Dermamatrix, que é derivado da pele humana e é usado como biopapel na bioimpressão.

Biotintas baseadas em agregados celulares

Um exemplo de biotinta baseada em agregado celular foi utilizada em um estudo que visou construir estruturas biológicas tridimensionais. Na pesquisa, agregados esféricos de células de ovários de hamster chinês foram preparados e dispensados em micropipetas que serviam como cartuchos para a bioimpressora. Durante a impressão um leito de colágeno foi criado e, em seguida, os agregados celulares foram bioimpressos.

Biotintas compostas com moléculas bioativas

Alguns exemplos destas biotintas são:

• Biotintas compostas, por exemplo, de nanomateriais que possuem características atrativas;
• Biotintas com biomoléculas;
• Plasma sanguíneo, chamativo por suas proteínas e minerais vitais;
• Micróbios, como fagos geneticamente modificados.

Biotintas para impressão de órgãos humanos

Um destaque das biotintas é a possibilidade de progresso da Medicina. Em um estudo, pesquisadores do Centro de Estudos Estratégicos da Fiocruz (CEE-Fiocruz) realizaram testes de toxicidade e trouxeram informações sobre o futuro das biotintas, dando ênfase à produção de tecidos e órgãos humanos para implante.

Segundo eles, no futuro, a bioimpressão poderá levar à eliminação do problema da escassez de órgãos para doação. Além disso, os modelos de tecidos e órgãos poderão substituir os animais em pesquisas, por exemplo, para testar fármacos, algo bastante positivo já que os animais não são preditores de toxicidade em humanos.

Um grupo de pesquisadores da Universidade de Lund também deram um grande passo para órgãos impressos em 3D. Pela primeira vez, eles desenvolveram uma nova biotinta que permite que pequenas vias aéreas de tamanho humano sejam bioprintadas em 3D com a ajuda de células de pacientes.

A biotinta foi feita combinando um material derivado de algas marinhas, alginato e matriz extracelular derivada de tecido pulmonar. Ao utilizá-la com células-tronco isoladas das vias aéreas do paciente, os cientistas conseguiram imprimir pequenas vias aéreas que tinham várias camadas das células e permaneceram abertas ao longo do tempo.

A biotinta pode ser adaptada para qualquer tipo de tecido ou órgão, portanto, é um avanço significativo da bioimpressão.