Hidrogel injetável contendo células é produzido por técnica de microfluídica

Hidrogel injetável contendo células é produzido por técnica de microfluídica

Utilizando um dispositivo de microfluídica, cientistas foram capazes de colocar células dentro de gotículas de um hidrogel. Com o sistema, foi possível controlar o número de células encapsuladas em cada gotícula, fazendo isto de forma relativamente simples e acessível. Os microgéis produzidos podem ser usados para terapias regenerativas que contam com a injeção de células e também para a biofabricação de tecidos e órgãos.

Falamos anteriormente aqui no blog sobre a técnica de microfluídica e como ela tem contribuído para a área da medicina regenerativa. Vimos que esta técnica envolve o uso de sistemas capazes de processar quantidades muito pequenas de líquidos utilizando canais minúsculos, com dimensão comparável à de um fio de cabelo. Recentemente, pesquisadores canadenses desenvolveram sistemas de microfluídica para encapsular células dentro de um microgel – com estes sistemas, foi possível colocar as células dentro de gotículas muito pequenas de um gel altamente hidratado (ou hidrogel).

Muitas terapias envolvendo os mais diversos tipos de células, especialmente células-tronco, contam com a injeção destas células no local que precisa ser regenerado. No entanto, as células são estruturas extremamente delicadas e normalmente não sobrevivem se forem injetadas diretamente no corpo do paciente. Colocar as células dentro de um hidrogel é uma maneira de protegê-las e garantir que cheguem “em segurança” ao local onde devem atuar. O gel pode mantê-las a salvo de danos físicos e também de ataques do sistema imune. Além disso, hidrogéis contendo células podem servir como pequenos elementos para a formação de estruturas maiores: pense na gotícula de gel carregada de células como um pequeno tijolo, que pode ser usado para construir um órgão inteiro. Por exemplo, a tecnologia de bioimpressão 3D utiliza justamente estes hidrogéis contendo células, denominados então “biotintas”, para construir tecidos e órgãos camada a camada.

A chamada “encapsulação” de células dentro de hidrogéis já vem sendo feita há algum tempo, no entanto, este processo normalmente é caro, demorado e muitas células acabam morrendo. Por isso, a equipe canadense investiu esforços em desenvolver uma maneira mais eficiente de realizar esta tarefa. Ao longo de mais de uma década de estudos, a microfluídica vem sendo utilizada para encapsular células de um modo bastante acessível. Apesar de muitos bons resultados já terem sido alcançados com esta técnica, ela apresenta ainda muitas limitações, como a falta de uniformidade de distribuição das células e a falta de reprodutibilidade do processo. Isto significa que, normalmente, diferentes quantidades de células ficam encapsuladas nas diferentes gotículas e é muito difícil fazer com que se obtenha sempre o mesmo resultado ao se repetir o procedimento diversas vezes. Tendo em vista que estas gotículas de gel serão usadas para injetar células vivas em pacientes ou construir órgãos inteiros, ter um controle sobre a uniformidade do processo é extremamente importante.

O número de células encapsuladas em cada gotícula é relevante, pois afeta a intensidade do contato entre as células e de suas interações com o microambiente tridimensional em que se encontram. Estes parâmetros têm efeitos sobre o comportamento celular e, consequentemente, sobre as funções dos tecidos e órgãos que serão formados. Por exemplo, cerca de 220 bilhões de células são necessárias para construir um fígado humano. Ajustar o número de células nas gotículas do hidrogel é essencial para otimizar processo de biofabricação do órgão.

Os canadenses desenvolveram um dispositivo de encapsulação de células em géis totalmente automatizado, que permite fazer um ajuste fino do número de células encapsuladas por gota. O dispositivo conta com um laser e um sistema integrado de filtragem, que atuam na formação das gotículas e em sua purificação (realizada para eliminar outros compostos usados para ajudar a formá-las). Com este sistema, os pesquisadores mostraram que mais de 85% das células permanecem vivas após o processo de encapsulação. Além disso, afirmam que o dispositivo permite produzir até dezenas de milhares de gotículas em um curto período de tempo. O fato de ser montado a partir de componentes relativamente simples permite que qualquer laboratório no mundo que deseje utilizar um sistema similar possa construí-lo sem gastar muito dinheiro.

A próxima etapa dos estudos inclui a encapsulação de células-tronco juntamente com fatores capazes de estimular sua diferenciação em diferentes tecidos, como proteínas ou hormônios. Dessa forma, será possível injetar células-tronco e fazer com que se especializem no tipo celular nativo do tecido onde foram injetadas.

Referências

Mohamed, M.G.A. et al. An integrated microfluidic flow-focusing platform for on-chip fabrication and filtration of cell-laden microgels. Lab on a Chip 19 (2019) 1621

https://news.ok.ubc.ca/2019/04/25/ubc-okanagan-engineers-make-injectable-tissues-a-reality/


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