A ciência tira inspiração de todos os lugares para um avanço. Uma placa pegajosa com bactérias nos deu o primeiro antibiótico - a penicilina. Combinar levedura com um eletrodo de platina sob voltagem nos deu um poderoso medicamento de quimioterapia - a cisplatina. O Dr. Andrew Pelling, da Universidade de Ottawa, extrai suas ideias radicais do clássico de ficção científica The Little Horror Store. Em particular, ele gosta do principal antagonista do filme: a planta canibal Aubrey 2.
É algo que se parece com uma planta com características de mamíferos, disse Pelling na conferência de Medicina Exponencial em San Diego esta semana. "Então começamos a nos perguntar: isso pode ser cultivado em um laboratório?"
O objetivo final de Pelling, é claro, não é dar vida a um monstro de ficção científica. Em vez disso, ele quer entender se as plantas convencionais podem fornecer a estrutura necessária para substituir o tecido humano.
Ascensão da mecanobiologia
Cultivar uma orelha humana a partir de maçãs pode parecer um processo estranho, mas o ponto de partida de Pelling é que o interior fibroso é notavelmente semelhante aos microambientes nos quais o tecido humano produzido pela bioengenharia geralmente é cultivado em laboratórios.
Para fazer uma substituição de orelha, por exemplo, os cientistas rotineiramente cortam ou imprimem em 3D estruturas de suporte ocas de materiais biocompatíveis caros. Eles então inoculam células-tronco humanas nessa estrutura e, meticulosamente, fornecem a ela um coquetel de fatores de crescimento e nutrientes, estimulando o crescimento das células. Eventualmente, após semanas e meses de incubação, as células proliferam e se diferenciam em células da pele nas florestas. O resultado é um ouvido desenvolvido pela bioengenharia.
O problema é que a barreira de entrada é muito alta: células-tronco, fatores de crescimento e materiais para florestas são caros para comprar e difíceis de produzir.
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Mas esses componentes são realmente necessários?
Por meio de uma série de experimentos, Pelling e outros descobriram que essas forças mecânicas não são apenas um subproduto da biologia; em vez disso, eles regulam fundamentalmente os mecanismos moleculares subjacentes da célula.
Estudos anteriores mostraram que cada estágio do crescimento do embrião - “um processo fundamental na biologia” - pode ser regulado e controlado por informações mecânicas. Em outras palavras, as forças físicas podem induzir as células a se dividir e migrar através dos tecidos, pois nosso código genético orienta o desenvolvimento de todo o organismo.
No laboratório, o alongamento e a estimulação mecânica das células parecem mudar radicalmente seu comportamento. Em um teste, a equipe de Pelling borrifou células cancerosas em uma folha de células da pele cultivadas no fundo de uma placa de Petri. As células cancerosas se unem em pequenas bolas, formando uma barreira clara entre o microtumor e as células da pele.
Mas quando a equipe de cientistas colocou todo o sistema celular em um dispositivo que o alongou ligeiramente - imitando a respiração e o movimento do corpo - as células tumorais se tornaram agressivas, invadindo a camada de células da pele.
O que é ainda mais legal: nenhum movimento ativo é necessário para que as forças mecânicas transformem o comportamento celular. A forma do microambiente é suficiente para orientar suas ações.
Por exemplo, quando Pelling colocou dois tipos de células em uma estrutura física com ranhuras, as células se destacaram em poucas horas, e um tipo cresceu nas ranhuras e o outro nas cristas mais altas. Simplesmente sentindo a forma dessa superfície ondulada, eles "aprenderam" a se separar e se ajustar espacialmente.
Então: usando apenas uma forma, as células podem ser estimuladas a formar modelos tridimensionais complexos.
E aqui a maçã vai nos ajudar.
Uma maçã … ou uma orelha?
Sob o microscópio, o microambiente de uma maçã tem a mesma escala de comprimento que superfícies artificiais para fazer tecidos de reposição. Essa descoberta fez os cientistas se perguntarem: é realmente possível usar essa estrutura da superfície da planta para cultivar órgãos humanos?
Para testar isso, eles pegaram uma maçã e lavaram todas as suas células vegetais, DNA e outras biomoléculas. Restam apenas suportes fibrosos - eles ainda ficam presos nos dentes. Quando a equipe colocou células humanas e animais dentro, as células começaram a crescer e se espalhar.
Encorajados pelo resultado, os cientistas esculpiram uma maçã no formato de uma orelha humana e repetiram o processo acima. Em poucas semanas, as células proliferaram e transformaram um pedaço de maçã em uma orelha humana carnuda.
Claro, uma forma não será suficiente. O tecido substituto também deve criar raízes dentro do corpo.
A equipe então implantou florestas de macieiras bem sob a pele do rato. Em apenas oito semanas, células saudáveis de camundongos não apenas colonizaram a matriz, mas o corpo do roedor também produziu novos vasos sanguíneos que ajudaram as florestas a viver e prosperar.
O tecido da bioengenharia tem três propriedades importantes: é seguro, é biocompatível e é produzido a partir de uma fonte renovável e ética.
Movendo da teoria para a prática
Pelling está particularmente impressionado com seus resultados devido à sua simplicidade: não requer células-tronco ou fatores de crescimento exóticos para funcionar. A abordagem elegante simplesmente usa a estrutura física da planta.
A equipe está atualmente expandindo seu trabalho para três áreas principais da engenharia de tecidos: cartilagem de tecidos moles, tecido ósseo, medula espinhal e nervos. A importância é combinar a microestrutura específica da planta com o tecido.
E por que nos limitarmos ao corpo que a natureza nos deu? Se as formas de cadafalso são o único fator determinante da engenharia de tecidos ou órgãos, por que não criar suas próprias formas?
Pelling se armou dessa ideia e criou uma empresa de design que criaria três tipos diferentes de orelhas: orelhas humanas normais, orelhas pontudas como as de Spock e orelhas onduladas, que poderiam, em teoria, suprimir ou aumentar várias frequências.
Ilya Khel
