Dispositivo simula tecidos humanos e oferece alternativa à experimentação animal

Desenvolvida no CNPEM, tecnologia permite cultivar células em três dimensões e avaliar de forma mais precisa a toxicidade de fármacos, nanomateriais e poluentes

Agência FAPESP – Pesquisadores do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) desenvolveram uma tecnologia em escala microscópica para cultivar células em três dimensões (3D). O objetivo é realizar testes de toxicidade de novos produtos, simulando de forma mais fiel os organismos vivos.

A tecnologia é um avanço para o desenvolvimento de medicamentos, a avaliação da segurança de materiais e as pesquisas em ecotoxicologia (área que estuda o impacto de substâncias nos ecossistemas), além de contribuir para a redução da experimentação animal. O dispositivo usa microfluídica, tecnologia que permite controlar com precisão o fluxo de nutrientes, oxigênio e substâncias em testes em escala microscópica, mantendo modelos celulares tridimensionais mais próximos da estrutura e do funcionamento dos tecidos humanos. Em comparação às culturas celulares convencionais, cultivadas em superfícies planas, os modelos 3D oferecem melhores respostas sobre os efeitos de fármacos, nanomateriais e poluentes ambientais.

Produzida em PDMS – um tipo de silicone maleável, transparente, biocompatível e de baixo custo –, a plataforma permite a realização de múltiplos experimentos de forma automatizada. Um dos principais diferenciais é seu design reversível, que permite abrir o dispositivo após os ensaios e recuperar os modelos celulares intactos para análises adicionais. Dessa forma, amplia as possibilidades de investigação dos mecanismos de ação das substâncias avaliadas.

Publicado em julho na revista científica ACS Measurement Science Au, o estudo é desenvolvido no âmbito do Centro de Pesquisa em Engenharia Molecular para Materiais Avançados (CEMol), um Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID) financiado pela FAPESP no CNPEM.

O trabalho apresenta três avanços principais. O primeiro é o desenvolvimento de um protocolo experimental padronizado, reprodutível e de fácil utilização, permitindo que pesquisadores sem experiência prévia em microfluídica utilizem a tecnologia em ensaios celulares de rotina. O segundo diferencial é a possibilidade de recuperar os modelos celulares tridimensionais após os testes para análises complementares. Essa característica, incomum em plataformas microfluídicas, permite investigar com mais profundidade como fármacos e materiais interagem com as células. O terceiro avanço é a realização de ensaios sob condições de fluxo contínuo, reproduzindo de maneira mais fiel a circulação de nutrientes e moléculas observada no organismo.

Dessa forma, os resultados obtidos em laboratório tendem a refletir com maior precisão o comportamento das substâncias em sistemas biológicos reais. “Desenvolvemos um protocolo simples e reprodutível, que permitirá o uso da plataforma por pesquisadores de diferentes áreas. Além disso, a possibilidade de recuperar os modelos celulares após os ensaios amplia significativamente as análises que podem ser realizadas”, explica à Assessoria de Imprensa do CNPEM Iris Renata Sousa Ribeiro, pesquisadora de pós-doutorado vinculada ao Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano-CNPEM) e primeira autora do estudo.

A equipe trabalha agora para disponibilizar até o início do ano que vem a plataforma como infraestrutura aberta a pesquisadores externos de universidades, institutos de pesquisa e empresas. O objetivo é ampliar seu uso em estudos nas áreas de farmacologia, nanotecnologia, ciência dos materiais, biotecnologia e ecotoxicologia. “Queremos que pesquisadores de todo o país possam utilizar essa tecnologia para desenvolver ensaios de toxicidade mais precisos e mais próximos das condições reais encontradas em organismos vivos”, afirma Ribeiro.

O trabalho também foi apoiado pela FAPESP por meio dos projetos 22/02378-0, 23/00246-1, 24/14758-7, 25/22142-9, 25/00614-6, 25/22280-2 e 25/26623-1.

O artigo Reversible microfluidic platform for spheroid culturing, downstream characterization, and dynamic anticancer susceptibility testing pode ser lido em: pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmeasuresciau.6c00140.