Estruturas 3D imitam microestrutura óssea para criar medula óssea artificial

Descrição do processo de fabricação das microestruturas ósseas.
[Imagem: Hiroki Miyajima et al. - 10.1021/acsbiomaterials.3c01046]

Células-tronco hematopoiéticas

Cientistas combinaram a tecnologia de impressão 3D a laser com um processo de imersão para construir estruturas 3D complexas que imitam a microestrutura óssea.

Este novo método de fabricação permitirá desenvolver sistemas de cultura de células 3D capazes de suportar enxertos ósseos ou criar medula óssea artificial.

As microestruturas da medula óssea, chamadas nichos da medula óssea, funcionam como reguladores das células-tronco hematopoiéticas, células primitivas que se desenvolvem em todos os tipos de células sanguíneas. Mas até hoje ninguém sabe como o nicho da medula óssea mantém as células-tronco hematopoiéticas.

O transplante de células-tronco hematopoiéticas está entre as estratégias para o tratamento de leucemia, linfoma e doenças imunológicas, mas é difícil cultivá-las fora do corpo. Assim, a criação de um modelo de transplante que imite o ambiente da medula óssea pode ser uma solução para estes desafios, permitindo que as células estaminais hematopoiéticas se multipliquem in vitro e depois sejam transplantadas.

"Ao combinar a tecnologia de impressão 3D a laser e o processo de imersão alternativo, tornou-se possível construir materiais compósitos de gelatina 3D precisos de metacrilato e hidroxiapatita com estrutura precisa," disse o professor Hiroki Miyajima, da Universidade Nacional de Yokohama (Japão).

Hidroxiapatita

O osso é um material híbrido composto por substâncias orgânicas e inorgânicas, principalmente fibras colágenas e um mineral inorgânico denominado hidroxiapatita. As fibras de colágeno mineralizadas se reúnem para formar uma estrutura hierárquica que proporciona excelente resistência mecânica e tenacidade ao osso cortical. O osso cortical é a forte camada externa dos ossos longos.

A estereolitografia de varredura a laser é uma tecnologia de impressão 3D que permite produzir modelos de ossos em alta definição. A equipe escolheu um método de fabricação que combina estereolitografia de varredura a laser com um processo de imersão alternativo. Com este método de fabricação, a equipe construiu modelos de hidrogel microdimensionados de metacrilato de gelatina polimerizada, um polímero reticulável biocompatível que é usado em bioimpressão.

Eles então modificaram os modelos com hidroxiapatita usando o processo de imersão alternada com uma solução de íons cálcio e fosfato. Esta é a primeira demonstração da modificação da hidroxiapatita em modelos impressos em 3D com estrutura mais complexa.

Olhando para o futuro, a equipe espera desenvolver modelos de ossos e medula óssea que imitem a microestrutura dos ossos que contribuam para a medicina regenerativa, como a regeneração do tecido ósseo e a expansão das células-tronco hematopoiéticas.