Bioimpressora portátil promete ajudar no tratamento de queimaduras
As queimaduras ainda representam um problema mundial, causando a morte a cerca de 17 pessoas por hora, em 2016, de acordo com a OMS(1). Mesmo não causando a morte, as queimaduras são consideradas o pior tipo de trauma físico(2) e deixam várias lesões físicas e psicológicas(3). O desenvolvimento de novos métodos de tratamento que permitam reduzir o número de mortos e melhorar o resultado final do tratamento continua a ser importante.
Uma equipa da universidade de Toronto, no Canadá, desenvolveu uma nova ferramenta que promete revolucionar o tratamento de queimaduras. A ferramenta é uma bioimpressora portátil capaz de imprimir bandas de biotinta (contendo células mesenquimais e outros compostos), que aceleram o processo de regeneração da pele. O projecto é liderado pelo investigador Richard Cheng, sob a supervisão do Professor Axel Guenther e em estreita colaboração com o Dr. Marc Jeschke, diretor do Ross Tilley Burn Centre, e sua equipa do Hospital de Sunnybrook(4).
Da esquerda: Professor Axel Guenther e Richard Cheng. (Foto: Daria Perevezentsev). Fonte: Liz Do(4).
A necessidade surgiu das limitações associadas aos vários métodos de tratamento actuais. O método comum para o tratamento de queimaduras é a utilização de enxertos autólogos, sempre que possível. Estes enxertos têm que ser colhidos de uma zona saudável do próprio doente. No caso de queimaduras muito extensas, por vezes tal não é possível. Para além disso, a recolha de enxertos cria novas feridas que são locais de possível infecção e que requerem o seu próprio tratamento(5).
Existem vários outros métodos de tratamento utilizando uma grande variedade de substitutos de pele. No entanto, a sua disseminação na clínica é relativamente limitada, devido a algumas limitações de ordem prática(5). Existem também bioimpressoras 3D capazes de imprimir substitutos de pele (não integrais), mas estas são geralmente demasiado grandes, lentas e não permitem impressão in situ.
Numa primeira fase, a equipa criou um protótipo que foi publicado em 2018 na revista Lab on a Chip(5). O objectivo era demonstrar que é possível criar uma ferramenta portátil e simples para depositar bandas de biotinta sobre a pele que contribuem para acelerar a regeneração da ferida. O primeiro protótipo (Figura 1), pesando menos de 1 kg, consiste numa espécie de pistola que ejecta biotinta numa banda de largura e espessura uniforme.
Figura 1: Imagem renderizada do primeiro protótipo da bioimpressora. Adaptado de: N. Hakimi et al(5).
As grandes vantagens deste primeiro protótipo eram: (a) a possibilidade de utilização de biotintas com diferentes complexidades, (b) a capacidade de impressão de diferentes padrões de impressão, (c) a capacidade de adaptação às curvaturas corporais durante a impressão, (d) rapidez de impressão e, por fim, (e) a facilidade de utilização que reduz o tempo de aprendizagem de operação e da própria operação de impressão.
Embora o primeiro protótipo tenha apresentado bons resultados, ainda não estava preparado para poder ser introduzido na clínica. Desde então, existiram várias iterações(6) até à versão final, agora publicada na revista Biofabrication(7).
A nova versão (Figuras 2 e 3), agora pesando um pouco mais do que 1 kg, aprimorou alguns aspectos técnicos e introduziu alterações necessárias à prática clínica. Foi introduzida uma única roda de silicone que ajuda na condução da impressão e no alívio da pressão sobre a ferida. Também foi criado um sistema de cabeças de impressão por microfluídica removíveis. Tanto a roda como a cabeça de impressão são descartáveis e são os únicos componentes que entram em contacto directo com a queimadura.
Figura 2: Modelo da bioimpressora em impressão. Adaptado de: R. Cheng et al(7).
Figura 3: Imagem renderizada da bioimpressora separada por componentes. (a) Roda de silicone. (b) Cabeça de impressão por microfluídica descartável. (c) Seringas descartáveis com os componentes da biotinta. Adaptado de: R. Cheng et al(7).
Do ponto de visto técnico, foi adicionado o controlo de temperatura da biotinta e melhorado o sistema de orientação da cabeça de impressão. O novo sistema de orientação permite manter a uniformidade da impressão a diferentes inclinações e também consegue compensar algum erros de manipulação da parte do utilizador. Outro aspecto positivo desta bioimpressora é a sua velocidade, demorando menos de 1 minuto a cobrir uma área de 5 cm x 5 cm.
A validação do sistema in vivo foi feita com recurso a modelos de feridas em porcos (Figura 4), devido à sua semelhança com a pele humana(7). Foram criados três grupos comparativos. O grupo em estudo usou um biotinta composta por células mesenquimais, fibrina e ácido hialurónico. Os restantes grupos, de controlo, usaram materiais acelulares, ou consistiam apenas nas queimaduras sem qualquer tratamento. A Figura 5 apresenta os resultados comparativos após 28 dias de recuperação.
Figura 4: Aplicação da biotinta em modelo de feridas in vivo. Os ângulos reportados correspondem à inclinação da ferida, demonstrando a capacidade da bioimpressora de imprimir com diferentes inclinações. Fonte: R. Cheng et al(7).
Figura 5: Comparação dos resultados obtidos após 28 dias de recuperação. (a) Utilização de materiais acelulares no tratamento. (b) Utilização das células mesenquimais com Fibrina e Ácido Hialurónico. Adaptado de: R. Cheng et al(7).
Em comunicado com o gabinete de notícias da Universidade de Toronto, Cheng diz que os próximos passos técnicos consistem em trabalhar para “reduzir os efeitos negativos da cicatrização, ao mesmo tempo ajudando no tratamento da ferida. O nosso foco principal será nas questões in vivo”. Jeschke, o orientador académico de Cheng, acredita que esta bioimpressora pode ser vista na clínica dentro dos próximos cinco anos. “Assim que for utilizada na sala de operações, eu acho que esta impressora vai mudar as regras do jogo quanto a salvar vidas. Com um dispositivo como este pode mudar-se completamente a forma como se tratam as queimaduras.”(4)
Os planos futuros envolvem a execução de ensaios clínicos em humanos em 2022 e estabelecimento de parcerias com fabricantes de equipamento médico(6).
Fonte: Liz Do(4)
1) World Health Organization, “Global Health Estimates 2016: Disease burden by Cause, Age, Sex, by Country and by Region, 2000-2016,” World Health Organization, Geneva, Tech. Rep., 2018. [Online]. Available: https://www.who.int/healthinfo/global_burden_disease/estimates/en/index1.html
2) ISBI Practice Guidelines Committee, R. B. Ahuja, N. Gibran, et al., “ISBI Practice Guidelines for Burn Care,” Burns, vol. 42, no. 5, pp. 953–1021, Aug. 2016. Doi: 10.1016/j.burns.2016.05.013. [Online]. Available: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0305417916301449
3) World Health Organization, “Burn Prevention: Success Stories and Lessons Learned,” World Health Organization, Geneva, Tech. Rep., 2011, 83 p. [Online]. Available: https://apps.who.int/iris/handle/10665/97938
4) Liz Do, “Handheld 3D skin printer demonstrates accelerated healing of large, severe burns”, Feb. 2020. [Online]. Available: https://news.engineering.utoronto.ca/handheld-3d-skin-printer-demonstrates-accelerated-healing-of-large-severe-burns/
5) N. Hakimi et al. “Handheld skin printer: in situ formation of planar biomaterials and tissues”, Lab Chip, 18, 1440, 2018. [Online]. Available: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/LC/C7LC01236E
6) “ReverTome”. The James Dyson Award. [Online]. Available: https://www.jamesdysonaward.org/en-CA/2018/project/revertome/
7) R. Cheng et al. “Handheld instrument for wound-conformal delivery of skin precursor sheets improves healing in full-thickness burns”, Biofabrication, 12, 025002, 2020. [Online]. Available: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1758-5090/ab6413