Bioimpressão 3D dentro do corpo humano pode ser possível graças a um novo dispositivo robótico macio e flexível

Pesquisadores da Universidade de Nova Gales do Sul (UNSW), na Austrália, revelaram um protótipo de dispositivo que pode imprimir células vivas diretamente em 3D em órgãos internos e potencialmente ser usado como uma ferramenta cirúrgica endoscópica completa.

Os engenheiros da UNSW desenvolveram um braço robótico macio em miniatura e flexível que pode ser usado para imprimir biomaterial em 3D diretamente em órgãos dentro do corpo de uma pessoa.

A bioimpressão 3D é um processo pelo qual peças biomédicas são fabricadas a partir da chamada biotinta para construir estruturas semelhantes a tecidos naturais.

A bioimpressão é predominantemente usada para fins de pesquisa, como engenharia de tecidos e no desenvolvimento de novos medicamentos – e normalmente requer o uso de grandes máquinas de impressão 3D para produzir estruturas celulares fora do corpo vivo.

A nova pesquisa do Laboratório de Robótica Médica da UNSW, liderada pelo Dr. Thanh Nho Do e seu aluno de doutorado, Mai Thanh Thai, em colaboração com outros pesquisadores da UNSW, foi detalhada em um artigo publicado na revista Advanced Science.

O trabalho resultou em uma pequena bioimpressora 3D flexível que tem a capacidade de ser inserida no corpo como um endoscópio e fornecer biomateriais multicamadas diretamente na superfície de órgãos e tecidos internos.

O dispositivo de prova de conceito, conhecido como F3DB, apresenta uma cabeça giratória altamente manobrável que “imprime” a biotinta, presa à extremidade de um braço robótico longo e flexível em forma de cobra, que pode ser controlado externamente.

A equipe de pesquisa diz que com mais desenvolvimento, e potencialmente dentro de cinco a sete anos, a tecnologia pode ser usada por profissionais médicos para acessar áreas de difícil acesso dentro do corpo por meio de pequenas incisões na pele ou orifícios naturais.

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Thanh Nho Do e sua equipe testaram o dispositivo dentro de um cólon artificial, além de imprimir em 3D uma variedade de materiais com formas diferentes na superfície do rim de um porco.

“As técnicas de bioimpressão 3D existentes exigem que os biomateriais sejam produzidos fora do corpo, e implantá-los em uma pessoa geralmente exigiria uma grande cirurgia aberta, o que aumenta os riscos de infecção”, disse o Dr. Thanh Nho Do.

“Nossa bioimpressora 3D flexível significa que os biomateriais podem ser entregues diretamente no tecido ou órgão alvo com uma abordagem minimamente invasiva.

“Este sistema oferece o potencial para a reconstrução precisa de feridas tridimensionais dentro do corpo, como lesões na parede gástrica ou danos e doenças dentro do cólon.

“Nosso protótipo é capaz de imprimir em 3D biomateriais multicamadas de diferentes tamanhos e formas em áreas confinadas e de difícil acesso, graças ao seu corpo flexível.

“Nossa abordagem também aborda limitações significativas em bioimpressoras 3D existentes, como incompatibilidades de superfície entre biomateriais impressos em 3D e tecidos/órgãos alvo, bem como danos estruturais durante o manuseio manual, transferência e processo de transporte”.

A equipe de pesquisa também demonstrou como o F3DB poderia ser usado como uma ferramenta cirúrgica endoscópica completa para executar uma série de funções.

Eles dizem que isso pode ser especialmente importante na cirurgia para remover certos tipos de câncer, especialmente o câncer colorretal, por meio de um processo conhecido como dissecção endoscópica da submucosa.

Em todo o mundo, o câncer colorretal é a terceira causa mais comum de morte por câncer, mas a remoção precoce da neoplasia colorretal leva a um aumento de pelo menos 90% na taxa de sobrevida de cinco anos do paciente.

O bocal da cabeça de impressão do F3DB pode ser usado como uma espécie de bisturi elétrico para marcar primeiro e depois cortar as lesões cancerígenas.

A água também pode ser direcionada através do bocal para limpar simultaneamente qualquer sangue e excesso de tecido do local, enquanto uma cicatrização mais rápida pode ser promovida pela impressão 3D imediata do biomaterial diretamente enquanto o braço robótico ainda está no lugar.

A capacidade de realizar tais procedimentos multifuncionais foi demonstrada no intestino de um porco e os pesquisadores dizem que os resultados mostram que o F3DB é um candidato promissor para o desenvolvimento futuro de uma ferramenta cirúrgica endoscópica completa.

“Comparado com as ferramentas cirúrgicas endoscópicas existentes, o F3DB desenvolvido foi projetado como uma ferramenta endoscópica completa que evita o uso de diferentes ferramentas, que normalmente estão associadas a um tempo de procedimento mais longo e riscos de infecção”, disse Mai Thanh Thai.

A próxima etapa de desenvolvimento do sistema, que recebeu uma patente provisória, é o teste in vivo em animais vivos para demonstrar seu uso prático.

Os pesquisadores também planejam implementar recursos adicionais, como uma câmera integrada e um sistema de escaneamento em tempo real que reconstruiria a tomografia 3D do tecido em movimento dentro do corpo.

Sistema robótico macio avançado para bioimpressão 3D in situ e cirurgia endoscópica

A tecnologia de bioimpressão tridimensional (3D) oferece grande potencial no tratamento de danos em tecidos e órgãos.

As abordagens convencionais geralmente dependem de uma bioimpressora de mesa de forma grande para criar construções vivas em 3D in vitro antes de introduzi-las no corpo do paciente, o que apresenta várias desvantagens, como incompatibilidades de superfície, danos estruturais e alta contaminação, além de lesões nos tecidos devido ao transporte e grandes cirurgias abertas.

A bioimpressão in situ dentro de um corpo vivo é uma solução potencialmente transformadora, pois o corpo serve como um excelente biorreator.

Este trabalho apresenta uma bioimpressora 3D in situ multifuncional e flexível (F3DB), que apresenta um alto grau de liberdade da cabeça de impressão macia integrada a um braço robótico flexível para fornecer biomateriais multicamadas para órgãos/tecidos internos.

O dispositivo possui uma arquitetura mestre-escravo e é operado por um modelo de inversão cinemática e controladores baseados em aprendizado. Os recursos de impressão 3D com diferentes padrões, superfícies e em um phantom de cólon também foram testados com diferentes hidrogéis compostos e biomateriais.

A capacidade do F3DB para realizar cirurgia endoscópica foi ainda demonstrada com tecido suíno fresco.

Espera-se que o novo sistema preencha uma lacuna no campo da bioimpressão in situ e apoie o desenvolvimento futuro de robôs cirúrgicos endoscópicos avançados.

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Fontes:
Advanced Science, publicação em 19 de fevereiro de 2023.
UNSW Sydney, notícia publicada em 28 de fevereiro de 2023.