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

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

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

“A derme 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 derme.”

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Junker e sua equipe projetaram uma biotinta chamada “μInk”, na qual fibroblastos (células que produzem componentes dérmicos como colágeno, 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 pele preenchida com células de alta densidade.

Em um experimento de transplante com camundongos, os pesquisadores confirmaram que células vivas cresceram dentro de fragmentos de tecido feitos com essa tinta, secretando colágeno e reconstruindo os componentes da derme. Novos vasos sanguíneos também cresceram dentro do enxerto, indicando que as condições para a fixação do tecido a longo prazo foram atendidas.

Os vasos sanguíneos desempenham um papel extremamente importante na construção de tecidos artificiais. Não importa quantas células sejam cultivadas para criar um modelo de tecido, sem vasos sanguíneos, o oxigênio e os nutrientes não podem ser transportados uniformemente para todas as células. E sem vasos sanguíneos, à medida que a estrutura do tecido cresce, as células no centro do tecido 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 sanguíneos 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 enzima específica. Quando os fios de hidrogel colocados no tecido 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 sanguíneos pode ser formada livremente dentro do tecido criado artificialmente.

Ao integrar essas duas tecnologias, seria possível incorporar uma rede de vasos sanguíneos livremente projetada à pele artificial espessa e repleta de células, 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 sanguíneos por um órgão artificial.

Ainda existem muitas incertezas no ambiente de feridas, como a forma de evitar inflamações e infecções 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 "Angiogênese", "Processo de cicatrização" e "Cicatriz 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 lesões cutâneas graves representam desafios clínicos significativos, visto que os tratamentos existentes, como autoenxertos epidérmicos cultivados e estratégias de engenharia de tecidos, não conseguem regenerar o tecido dérmico funcional de forma eficaz.

Esses métodos frequentemente resultam em cicatrizes 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 células, permitindo a fabricação de construtos de ultra-alta densidade celular que promovem a produção de MEC para regeneração dérmica in vitro e in vivo.

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

A µInk é bioimpressa em 3D em construtos estruturalmente estáveis com alta viabilidade celular. In vivo, os construtos bioimpressos promoveram a neovascularização, a remodelação do hidrogel e a integração tecidual ao longo de 28 dias. As células mantiveram seu fenótipo específico do tecido, 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 cicatrizes 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 células. Técnicas convencionais de bioimpressão baseadas em extrusão 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 células e permite a fabricação de construtos multicelulares 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.