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'Tinta viva' impressa em 3D é feita inteiramente de células bacterianas e pode liberar medicamentos

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Uma tinta feita com células1 bacterianas projetadas pode ser impressa em 3D em estruturas que liberam medicamentos anticâncer ou capturam toxinas2 do meio ambiente.

A tinta microbiana é o primeiro gel imprimível a ser feito inteiramente a partir de proteínas3 produzidas por células1 de E. coli, sem a adição de outros polímeros. A descoberta foi descrita em estudo publicado na revista Nature Communications.

“Esta é a primeira de seu tipo... uma tinta viva que pode responder ao meio ambiente. Nós reaproveitamos a matriz que essas bactérias normalmente utilizam como material de proteção para formar uma bio-tinta”, disse Avinash Manjula-Basavanna do Instituto de Tecnologia de Massachusetts em Boston.

Ao incorporar outro tipo de E. coli geneticamente modificada dentro do gel, Manjula-Basavanna e seus colegas construíram estruturas vivas que liberaram o medicamento anticâncer azurina ou capturaram a toxina4 bisfenol A (BPA) do ambiente ao redor. O BPA é comumente usado para fazer plásticos e tem sido associado à infertilidade5 e ao câncer6.

Os pesquisadores fizeram a tinta a partir de moléculas de polímero de proteína chamadas nanofibras de curli. Primeiro, eles criaram células1 de E. coli geneticamente modificadas para produzir subunidades de nanofibras curli que tinham um dos dois módulos de carga oposta, conhecidos como um “botão” ou um “orifício”, anexado a eles. Ao cultivar uma mistura dos dois tipos de células1, eles produziram fibras curli que se reticulavam quando os botões de uma fibra travavam nos orifícios de carga oposta de outra fibra.

A equipe então filtrou as bactérias através de uma membrana de náilon para concentrar as fibras reticuladas, antes de remover as células1 da mistura. Isso produziu um gel com viscosidade7 e elasticidade8 adequadas para impressão.

Leia sobre "O que são bactérias" e "Bactérias Gram-positivas e Gram-negativas".

O gel pode ser canalizado através de um bico para produzir fios de cerca de meio milímetro de largura. Apesar da largura estreita das fibras, elas eram fortes o suficiente para se manterem juntas sem quebrar quando esticadas entre dois pilares com 16 milímetros de distância.

Ao modificar geneticamente E.coli adicional para produzir azurina na presença de uma substância química chamada IPTG e, em seguida, semear essas células1 no gel, os pesquisadores descobriram que poderiam transformar o gel em uma estrutura viva que libera azurina sob demanda.

Eles continuaram seus experimentos projetando outra população de E. coli para produzir subunidades curli que poderiam se ligar ao BPA. Essas células1 foram então incorporadas ao gel, o que permitiu que ele capturasse quase 30 por cento da toxina4 do líquido ao seu redor em 24 horas.

A vida útil do gel ainda não foi testada especificamente, mas existem estruturas vivas no laboratório que permaneceram estáveis ​​por mais de dois anos, diz Manjula-Basavanna.

“A beleza do trabalho está na capacidade de programar geneticamente a resposta funcional do material vivo impresso”, diz André Studart, da ETH Zürich, na Suíça.

No artigo publicado, os pesquisadores descrevem o desenvolvimento da tinta microbiana programável para impressão 3D de materiais vivos produzidos a partir de nanofibras de proteínas3 geneticamente modificadas.

As células1 vivas têm a capacidade de sintetizar componentes moleculares e montá-los com precisão a partir da nanoescala para construir arquiteturas macroscópicas funcionais vivas sob as condições ambientais.

O campo emergente de materiais vivos alavancou a engenharia microbiana para produzir materiais para várias aplicações, mas construir estruturas 3D em padrões e formas arbitrárias tem sido um grande desafio.

Neste estudo, os pesquisadores se propuseram a desenvolver uma “bioink”, ou “bio tinta”, denominada ”tinta microbiana” que é produzida inteiramente a partir de células1 microbianas geneticamente modificadas, programada para realizar uma automontagem hierárquica de baixo para cima de monômeros de proteína em nanofibras e, posteriormente, em redes de nanofibras que compreendem hidrogéis extrudáveis.

Demonstra-se ainda a impressão 3D de materiais vivos funcionais incorporando células1 programadas de Escherichia coli (E. coli) e nanofibras em tinta microbiana, que pode sequestrar frações tóxicas, liberar produtos biológicos e regular seu próprio crescimento celular por meio da indução química de circuitos genéticos racionalmente concebidos.

Assim, neste trabalho, foram apresentados os recursos avançados da nanobiotecnologia e da tecnologia de materiais vivos para a impressão em 3D de arquiteturas vivas funcionais.

Veja também sobre "Câncer6 - informações importantes" e "É possível acabar com o câncer6?"

 

Fontes:
Nature Communications, publicação em 23 de novembro de 2021.
New Scientist, notícia publicada em 23 de novembro de 2021.

 

Créditos da imagem: Duraj-Thatte et al.; Nature Communications.

 

NEWS.MED.BR, 2021. 'Tinta viva' impressa em 3D é feita inteiramente de células bacterianas e pode liberar medicamentos. Disponível em: <https://www.news.med.br/p/tecnologia-e-saude/1406590/tinta-viva-impressa-em-3d-e-feita-inteiramente-de-celulas-bacterianas-e-pode-liberar-medicamentos.htm>. Acesso em: 27 jun. 2022.

Complementos

1 Células: Unidades (ou subunidades) funcionais e estruturais fundamentais dos organismos vivos. São compostas de CITOPLASMA (com várias ORGANELAS) e limitadas por uma MEMBRANA CELULAR.
2 Toxinas: Substâncias tóxicas, especialmente uma proteína, produzidas durante o metabolismo e o crescimento de certos microrganismos, animais e plantas, capazes de provocar a formação de anticorpos ou antitoxinas.
3 Proteínas: Um dos três principais nutrientes dos alimentos. Alimentos que fornecem proteína incluem carne vermelha, frango, peixe, queijos, leite, derivados do leite, ovos.
4 Toxina: Substância tóxica, especialmente uma proteína, produzida durante o metabolismo e o crescimento de certos microrganismos, animais e plantas, capaz de provocar a formação de anticorpos ou antitoxinas.
5 Infertilidade: Capacidade diminuída ou ausente de gerar uma prole. O termo não implica a completa inabilidade para ter filhos e não deve ser confundido com esterilidade. Os clínicos introduziram elementos físicos e temporais na definição. Infertilidade é, portanto, freqüentemente diagnosticada quando, após um ano de relações sexuais não protegidas, não ocorre a concepção.
6 Câncer: Crescimento anormal de um tecido celular capaz de invadir outros órgãos localmente ou à distância (metástases).
7 Viscosidade: 1. Atributo ou condição do que é viscoso; viscidez. 2. Resistência que um fluido oferece ao escoamento e que se deve ao movimento relativo entre suas partes; atrito interno de um fluido.
8 Elasticidade: 1. Propriedade de um corpo sofrer deformação, quando submetido à tração, e retornar parcial ou totalmente à forma original. 2. Flexibilidade, agilidade física. 3. Ausência de senso moral.
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