Grupo da Unifesp desenvolve protocolo para impressão 3D de células cerebrais

Técnica permite estudar o comportamento de astrócitos in vitro, mas em formato tridimensional, e pode ser adaptada para neurônios e outros tipos celulares. Modelo tem sido usado para investigar os efeitos da COVID-19 no sistema nervoso central

André Julião | Agência FAPESP – Um grupo de pesquisadores da Universidade Federal de São Paulo (Unifesp) desenvolveu um protocolo para a impressão em três dimensões (3D) de células neurais. A chamada biotinta é composta de polímeros naturais que permitem aos astrócitos, um tipo de célula cerebral, sobreviver por pelo menos 14 dias em laboratório depois de passar por uma impressora 3D. O procedimento resulta num modelo mais parecido com o tecido neural do que os obtidos pelos protocolos atuais, em que as células são cultivadas em duas dimensões.

O estudo, apoiado pela FAPESP, foi publicado no Journal of Visualized Experiments (JoVE).

“No organismo, as células são tridimensionais. Mas quando cultivadas em laboratório têm plástico embaixo e meio de cultura em cima [conjunto de substâncias que permitem a sobrevivência e a proliferação celular]. Isso é muito distante da organização natural do tecido ou do órgão, em que elas estão arranjadas de maneira tridimensional. A biotinta que desenvolvemos tenta reproduzir a relação da célula com o microambiente e com outras células. É um sistema intermediário entre a cultura 2D e experimentos com animais”, explica Marimélia Porcionatto, professora da Escola Paulista de Medicina (EPM-Unifesp) e coordenadora do estudo.

Os astrócitos têm papel fundamental em diversos processos do cérebro, inclusive em doenças que afetam o sistema nervoso central. O procedimento padronizado pelas pesquisadoras da Unifesp pode ser adaptado para estudar outros tipos celulares e atualmente está sendo aplicado pelo grupo para analisar astrócitos e neurônios infectados com o vírus SARS-CoV-2, causador da COVID-19, no âmbito de outro projeto financiado pela FAPESP.

“Estamos testando diferentes biomateriais que sejam compatíveis com células do tecido neural, não apenas astrócitos, mas neurônios e células-tronco neurais. A bioimpressão é uma técnica bastante recente na engenharia de tecidos e, ainda mais os neurais, compostos por células mais sensíveis. Por isso, esse protocolo será útil tanto para quem quer trabalhar com astrócitos e outras células do cérebro quanto com outros tipos celulares”, conta Bruna Alice Gomes de Melo, primeira autora do trabalho, realizado durante seu pós-doutorado na EPM-Unifesp (leia mais em: agencia.fapesp.br/32255).

O protocolo foi desenvolvido com células de camundongos, mas usa materiais biocompatíveis que podem ser adaptados para o estudo de células humanas. Além de estudar doenças do sistema nervoso central num formato mais próximo ao do cérebro, o grupo liderado por Porcionatto busca materiais que futuramente possam recuperar áreas cerebrais lesionadas por traumatismo cranioencefálico ou acidente vascular cerebral (AVC), por exemplo (leia mais em: agencia.fapesp.br/29645).

Receita

A biotinta é composta de insumos disponíveis no mercado, como a laminina, extraída de bovinos, um componente da matriz extracelular (moléculas que se localizam entre as células). A receita inclui ainda fatores de crescimento para as células, compostos que permitem que sobrevivam em cultura.

Também conta com um produto conhecido como gelatina metacrilada. O insumo é vendido comercialmente no exterior, mas as pesquisadoras o produzem no laboratório a um custo muito inferior ao do importado. Melo recebeu treinamento para produzir a gelatina metacrilada no doutorado, conduzido na Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), mais especificamente durante estágio no Programa de Ciências da Saúde e Tecnologia das universidades Harvard e Massachusetts Institute of Technology (MIT), nos Estados Unidos, apoiado por bolsa da FAPESP.

“Em outras composições, uma boa parte das células sobrevivia ao estresse da impressão em 3D e até se tornavam viáveis por um tempo, mas a morfologia dos astrócitos não condizia com a que é vista no tecido vivo. A gelatina metacrilada e a laminina foram essenciais”, diz a pesquisadora.

Depois que passa pelo bico ejetor da impressora, a biotinta, que tem aspecto de um gel, é disposta em camadas. Em poucos dias, os astrócitos começam a se replicar e têm um comportamento similar ao que apresentam no tecido nervoso.

O objetivo agora é aumentar a complexidade do protocolo. Além dos astrócitos, o estudo com SARS-CoV-2 usou uma biotinta com neurônios e uma terceira que combina os dois tipos celulares. Em breve, as pesquisadoras devem incluir na mistura células-tronco neurais.

“A ideia é chegar o mais próximo possível da complexidade do tecido neural. Quando esses protocolos estiverem bem validados com células de camundongos, poderemos criar outros com células humanas. Isso vai servir para uma variedade de estudos, como testar novos fármacos, identificar genes que são expressos durante o desenvolvimento do cérebro, modelar doenças, entre outros”, completa Porcionatto.

O trabalho teve ainda como autoras mais três bolsistas FAPESP na EPM-Unifesp: Elisa M. Cruz, de doutorado; Taís N. Ribeiro, de mestrado, e Mayara Mundim, que realizou doutorado.

O artigo 3D Bioprinting of Murine Cortical Astrocytes for Engineering Neural-Like Tissue pode ser lido em: www.jove.com/t/62691/3d-bioprinting-murine-cortical-astrocytes-for-engineering-neural-like.