Como um pequeno coração humano "batendo" foi criado em um laboratório

Não são muitas as invenções tão caras para criar ou tão propensas a falhar quanto os novos medicamentos.

Estima-se que, em média, desenvolver e testar um novo fármaco agora leva 10 anos e custa quase US $ 1, 4 bilhão. Cerca de 85% nunca passam dos primeiros testes clínicos e, daqueles que o fazem, apenas a metade é aprovada pela FDA para entrar no mercado. Essa é uma das razões pelas quais os medicamentos custam tanto.

Agora, a boa notícia. Cientistas focados em como melhorar as chances de sucesso e acelerar o processo enquanto mantêm as drogas seguras desenvolveram uma inovação promissora: "órgãos em um chip". Eles são muito parecidos com isso - versões minúsculas e funcionais de órgãos humanos cultivados em um dispositivo aproximadamente do tamanho de um cartão de memória do computador.

O último salto vem de uma equipe de engenheiros biomédicos da Universidade de Toronto. No início desta semana, em um artigo na revista Nature Materials, esses cientistas explicaram como conseguiram que os tecidos cardíaco e hepático crescessem em um pequeno andaime tridimensional, com vasos sanguíneos artificiais finos e, observe os órgãos funcionarem como se estivessem dentro do corpo humano.

Eles chamam seu dispositivo de AngioChip e, de acordo com o chefe da equipe, Milica Radisic, seu potencial vai além de revolucionar o processo de testes de drogas. Ela prevê um dia em que poderia ser implantado em um corpo humano para reparar órgãos doentes ou danificados.

"É realmente multifuncional e resolve muitos problemas no espaço da engenharia de tecidos", disse Radisic, professor do Instituto de Biomateriais e Engenharia Biomédica da universidade, em um comunicado à imprensa. "É verdadeiramente de próxima geração."

Construindo mini-órgãos

Os pesquisadores já são capazes de cultivar tecido orgânico em laboratórios, mas geralmente é em uma placa plana e resulta em um modelo bidimensional diferente do que realmente acontece dentro de nós. Isso limita o quanto os pesquisadores podem aprender sobre a eficácia e o risco de usar um novo medicamento para tratar um órgão em particular.

Mas a tecnologia como o AngioChip fornece uma versão mais realista, ainda que pequena, de órgãos humanos e, segundo a Radisic, permitirá que os pesquisadores identifiquem, no início, os medicamentos que merecem passar para testes clínicos. Também poderia reduzir bastante a necessidade de testá-los em animais.

Construir o dispositivo não foi um desafio pequeno. Estudante de pós-graduação Boyang Zhang primeiro teve que usar uma técnica chamada estamparia 3D para criar camadas extremamente finas de um polímero claro e flexível. Cada camada continha um padrão de canais não mais largo que um cabelo humano. Estes serviriam como vasos sanguíneos do órgão.

Ele então empilhava manualmente as camadas e usava a luz UV para causar uma reação química que as unisse. Isso criou o andaime em torno do qual o órgão iria crescer. Para ver se sua invenção realmente funcionaria, os pesquisadores implantaram em um rato. Eles ficaram emocionados ao ver o sangue passando pelos canais estreitos do aparelho sem coagular.

Eles então banharam um AngioChip em um líquido cheio de células do coração humano vivo. Logo, essas células começaram a crescer dentro e fora dos vasos sanguíneos artificiais, assim como o seriam em um corpo humano. À medida que as células continuaram a crescer no mês seguinte, o dispositivo flexível começou a agir como um órgão real, eventualmente se contraindo e se expandindo em um ritmo constante, como um batimento cardíaco.

"O que torna o AngioChip único é que construímos um sistema vascular no tecido", explica Zhang. "Esta rede de vasos irá, no futuro, nos ajudar a conectar múltiplos órgãos juntos, assim como nossos órgãos estão ligados em nosso sistema sanguíneo."

Os engenheiros criaram um fígado em um chip da mesma maneira. Com o tempo, também começou a se comportar como sua contrapartida humana, produzindo uréia, o principal composto na urina, e também metabolizando drogas. Eventualmente, os cientistas poderão conectar chips de diferentes órgãos para ver não apenas como uma droga afetaria cada órgão, mas também seu impacto em ambos ao mesmo tempo.

Ou, como Radisic sugeriu, um tumor e as células do coração poderiam ser unidas para ver quais drogas poderiam destruir o tumor sem prejudicar o coração.

"Os menores vasos neste tecido eram tão largos quanto um cabelo humano, mas o sangue ainda era capaz de fluir facilmente através deles", disse Radisic. "Isso significa que seremos capazes de construir tumores humanos em animais usando essa plataforma para ajudar descobrir novas drogas anti-câncer mais eficazes ".

Claramente, os órgãos criados em laboratório têm o potencial de trazer muito mais precisão e velocidade ao processo de teste de drogas. Mas uma vez que o AngioChip pode ser implantado em seres humanos, observa Radisic, poderia substituir a necessidade de transplantar órgãos de outra pessoa. Em vez disso, os órgãos poderiam ser cultivados com células retiradas do hospedeiro, o que poderia reduzir significativamente o risco de rejeição.

Em média, 21 pessoas morrem todos os dias porque órgãos adequados não estão disponíveis para transplantes.

O próximo passo para a equipe da Universidade de Toronto é trabalhar com um fabricante para desenvolver um processo para construir múltiplos AngioChips ao mesmo tempo. Agora, eles são feitos à mão, um de cada vez.