Pesquisadores criam pele artificial impressa em 3D que permite a circulação sanguínea

No tratamento de queimaduras e traumas graves, a regeneração da pele¹ pode ser uma questão de vida ou morte. Queimaduras extensas geralmente são tratadas com o transplante de uma fina camada de epiderme², a camada superior da pele¹, de outra parte do corpo. No entanto, esse método não apenas deixa cicatrizes³ extensas, como também não restaura a pele¹ ao seu estado funcional original. A menos que a derme⁴, a camada abaixo da epiderme², que contém vasos sanguíneos⁵ e nervos, seja regenerada, a pele¹ não pode ser considerada uma pele¹ viva normal.

Agora, o trabalho de pesquisadores suecos pode ter aproximado a medicina da capacidade de regenerar pele¹ viva. Eles desenvolveram dois tipos de técnicas de bioimpressão 3D para gerar artificialmente pele¹ espessa e vascularizada, ou seja, com vasos sanguíneos⁵. Uma técnica produz pele¹ repleta de células⁶ e a outra produz vasos sanguíneos⁵ com formatos arbitrários no tecido⁷. As duas tecnologias adotam abordagens diferentes para o mesmo desafio. As abordagens foram descritas em dois estudos publicados na revista Advanced Healthcare Materials.

“A derme⁴ é tão complexa que não podemos cultivá-la em laboratório. Nem sabemos quais são todos os seus componentes”, disse Johan Junker, professor associado da Universidade de Linköping e especialista em cirurgia plástica que liderou este trabalho, em um comunicado. “É por isso que nós, e muitos outros, acreditamos que poderíamos transplantar os blocos de construção e deixar o próprio corpo fabricar a derme⁴.”

Leia sobre "A pele¹ e seus anexos⁸", "Queimaduras" e "Tratamento de feridas".

Junker e sua equipe projetaram uma biotinta chamada “μInk”, na qual fibroblastos⁹ (células⁶ que produzem componentes dérmicos como colágeno¹⁰, elastina e ácido hialurônico) são cultivados na superfície de pequenos grãos esponjosos de gelatina e encapsulados em um gel de ácido hialurônico. Ao construir essa tinta tridimensionalmente usando uma impressora 3D, eles conseguiram criar à vontade uma estrutura de pele¹ preenchida com células⁶ de alta densidade.

Em um experimento de transplante com camundongos, os pesquisadores confirmaram que células⁶ vivas cresceram dentro de fragmentos¹¹ de tecido⁷ feitos com essa tinta, secretando colágeno¹⁰ e reconstruindo os componentes da derme⁴. Novos vasos sanguíneos⁵ também cresceram dentro do enxerto¹², indicando que as condições para a fixação do tecido⁷ a longo prazo foram atendidas.

Os vasos sanguíneos⁵ desempenham um papel extremamente importante na construção de tecidos artificiais. Não importa quantas células⁶ sejam cultivadas para criar um modelo de tecido⁷, sem vasos sanguíneos⁵, o oxigênio e os nutrientes não podem ser transportados uniformemente para todas as células⁶. E sem vasos sanguíneos⁵, à medida que a estrutura do tecido⁷ cresce, as células⁶ no centro do tecido⁷ morrem.

A equipe de pesquisa também criou uma tecnologia chamada REFRESH (Rerouting of Free-Floating Suspended Hydrogel Filaments, ou redirecionamento de filamentos de hidrogel em suspensão livremente flutuantes, em tradução livre), que permite a construção flexível de vasos sanguíneos⁵ em tecidos artificiais, imprimindo e organizando fios de um hidrogel composto por 98% de água. Esses fios são muito mais resistentes do que os materiais de gel comuns e conseguem manter sua forma mesmo quando amarrados ou trançados. Além disso, eles também possuem propriedades de memória de forma que permitem que retornem à sua forma original mesmo quando amassados.

Notavelmente, esses fios podem ser desmontados sem deixar vestígios pela ação de uma enzima¹³ específica. Quando os fios de hidrogel colocados no tecido⁷ desaparecem, resta apenas uma cavidade longa e fina em seu local original. Utilizando isso como um canal de fluxo equivalente a um vaso sanguíneo, uma rede de vasos sanguíneos⁵ pode ser formada livremente dentro do tecido⁷ criado artificialmente.

Ao integrar essas duas tecnologias, seria possível incorporar uma rede de vasos sanguíneos⁵ livremente projetada à pele¹ artificial espessa e repleta de células⁶, permitindo que oxigênio e nutrientes alcancem todos os cantos.

Os pesquisadores também conseguiram construir uma rede 3D complexa, formando nós ou tranças com os fios de hidrogel. No futuro, eles esperam combinar isso com a tecnologia para automatizar essas operações, desenvolvendo assim um método para esticar eficientemente uma rede de vasos sanguíneos⁵ por um órgão artificial.

Ainda existem muitas incertezas no ambiente de feridas, como a forma de evitar inflamações¹⁴ e infecções¹⁵ bacterianas, e uma verificação cuidadosa dessas técnicas será necessária para preencher a lacuna entre os resultados obtidos em laboratório e a implementação dessas técnicas na prática clínica. No entanto, no futuro, essas tecnologias podem representar um avanço na solução de problemas de longa data na medicina regenerativa.

Veja também sobre "Angiogênese¹⁶", "Processo de cicatrização" e "Cicatriz¹⁷ hipertrófica".

Confira a seguir os resumos dos artigos publicados.

Biotintas granulares bifásicas para biofabricação de construtos de alta densidade celular para regeneração dérmica

Feridas crônicas e lesões¹⁸ cutâneas¹⁹ graves representam desafios clínicos significativos, visto que os tratamentos existentes, como autoenxertos epidérmicos cultivados e estratégias de engenharia de tecidos, não conseguem regenerar o tecido⁷ dérmico funcional de forma eficaz.

Esses métodos frequentemente resultam em cicatrizes³ devido à má integração tecidual, baixa densidade celular e produção limitada de matriz extracelular (MEC). A engenharia de tecidos cutâneos convencional depende de uma expansão celular demorada, produzindo construtos que carecem da complexidade das estruturas dérmicas nativas.

Neste estudo, apresenta-se uma biotinta de hidrogel granular bifásica bioimprimível (µInk) baseada em microcarreadores porosos de gelatina (MPGs) carregados com células⁶, permitindo a fabricação de construtos de ultra-alta densidade celular que promovem a produção de MEC para regeneração dérmica in vitro e in vivo.

Fibroblastos⁹ dérmicos humanos primários são cultivados e expandidos em MPGs em um biorreator antes da formulação da µInk. Os MPGs carregados com células⁶ são reticulados por meio de uma química de clique sem cobre, criando uma biotinta granular com afinamento por cisalhamento²⁰.

A µInk é bioimpressa em 3D em construtos estruturalmente estáveis com alta viabilidade celular. In vivo, os construtos bioimpressos promoveram a neovascularização²¹, a remodelação do hidrogel e a integração tecidual ao longo de 28 dias. As células⁶ mantiveram seu fenótipo²² específico do tecido⁷, proliferaram e produziram MEC dérmica após o transplante.

A µInk oferece uma abordagem promissora para a geração de construtos de alta densidade celular para a cicatrização de feridas sem cicatrizes³ e para o avanço da reconstrução de tecidos complexos.

Impressão e redirecionamento de filamentos de hidrogel elásticos e com memória de forma responsivos a proteases

A fabricação de filamentos de hidrogel mecanicamente robustos e reconfiguráveis continua sendo um grande desafio na biofabricação de arquiteturas perfusíveis, modelos dinâmicos de tecidos e construtos 3D complexos carregados com células⁶. Técnicas convencionais de bioimpressão baseadas em extrusão²³ geram filamentos macios e frágeis, limitando o pós-processamento, a escalabilidade e a adaptabilidade funcional.

O REFRESH (Rerouting of Free-Floating Suspended Hydrogel Filaments, ou redirecionamento de filamentos de hidrogel em suspensão livremente flutuantes, em tradução livre) é apresentado como uma estratégia de biofabricação que integra uma matriz extracelular elástica compatível com um sistema bifásico aquoso (SBA), imitando um material de biotinta, com uma abordagem flexível de impressão e pós-processamento para superar essas restrições.

Este método permite a formação de filamentos de hidrogel altamente elásticos, reticulados via cicloadição azida-alcino promovida por tensão (CAAPT) de ácido hialurônico funcionalizado com biciclo[6.1.0]non-4-ino, exibindo uma deformação na ruptura superior a 100%.

Os filamentos impressos mantêm a integridade mecânica durante o manuseio manual e o pós-processamento usando técnicas inspiradas em têxteis, como nós e trançados, formando arquiteturas 3D reconfiguráveis. Uma função distinta de memória de forma permite a atuação mecânica programada e a recuperação de estruturas deformadas.

O sistema de hidrogel suporta alta viabilidade celular em múltiplos tipos de células⁶ e permite a fabricação de construtos multicelulares²⁴ com organização espacialmente definida. Ao incorporar reticuladores degradáveis por protease, os filamentos gerados pelo REFRESH funcionam como moldes sacrificiais para estruturas tubulares perfusíveis.

Esta abordagem expande significativamente o espaço de projeto em biofabricação, oferecendo novas possibilidades para a engenharia de tecidos vascularizados e arquiteturas complexas baseadas em hidrogéis.

Fontes:
Estudo 1: Advanced Healthcare Materials, publicação em 12 de junho de 2025.
Estudo 2: Advanced Healthcare Materials, publicação em 20 de junho de 2025.
Wired, notícia publicada em 10 de setembro de 2025.