How to 3D print human tissue - Taneka Jones

Tradutor: Margarida Ferreira Revisora: Isabel Vaz Belchior

There are currently hundreds of thousands of people on transplant lists,

Há atualmente centenas de milhares de pessoas nas listas de transplantes,

waiting for critical organs like kidneys, hearts, and livers

à espera de órgãos essenciais, como rins, corações e fígados,

that could save their lives.

que podem salvar a vida delas.

Unfortunately,

Infelizmente,

there aren’t nearly enough donor organs available to fill that demand.

não há suficientes doadores de órgãos para satisfazer essa procura.

What if instead of waiting,

E se, em vez de esperar,

we could create brand-new, customized organs from scratch?

pudéssemos criar órgãos novos, personalizados, a partir do nada?

That’s the idea behind bioprinting,

É esse o objetivo da bioimpressão,

a branch of regenerative medicine currently under development.

um ramo da medicina regenerativa, atualmente em desenvolvimento.

We’re not able to print complex organs just yet,

Ainda não conseguimos imprimir órgãos complexos

but simpler tissues including blood vessels and tubes

mas já estão ao nosso alcance

tecidos mais simples, incluindo sangue, vasos e tubos

responsible for nutrient and waste exchange

responsáveis pelas trocas de nutrientes e desperdícios.

are already in our grasp.

Bioprinting is a biological cousin of 3-D printing,

A bioimpressão é uma prima biológica da impressão em 3D,

a technique that deposits layers of material on top of each other

uma técnica que deposita camadas de material umas por cima das outras

to construct a three-dimensional object one slice at a time.

para construir um objeto tridimensional, uma camada de cada vez.

Instead of starting with metal, plastic, or ceramic,

Em vez de usar metal, plástico ou cerâmica,

a 3-D printer for organs and tissues uses bioink:

uma impressora 3D para órgãos e tecidos usa biotinta:

a printable material that contains living cells.

um material para impressão que contém células vivas.

The bulk of many bioinks are water-rich molecules called hydrogels.

Muitas biotintas são constituídas, principalmente,

por células ricas em água, chamadas hidrogéis.

Mixed into those are millions of living cells

Misturadas nestas, há milhões de células vivas

as well as various chemicals that encourage cells to communicate and grow.

assim como diversos produtos químicos

que incentivam o crescimento e a comunicação das células.

Some bioinks include a single type of cell,

Algumas biotintas contêm um único tipo de células,

while others combine several different kinds to produce more complex structures.

e outras combinam células diferentes para produzir estruturas mais complexas.

Let’s say you want to print a meniscus,

Digamos que queremos imprimir um menisco,

which is a piece of cartilage in the knee

que é uma parte da cartilagem no joelho

that keeps the shinbone and thighbone from grinding against each other.

que impede a tíbia e o fémur de roçarem um contra o outro.

It’s made up of cells called chondrocytes,

É formado por células chamadas condrócitos,

and you’ll need a healthy supply of them for your bioink.

e são necessárias muitas células saudáveis para a biotinta.

These cells can come from donors whose cell lines are replicated in a lab.

Essas células podem ser fornecidas por doadores,

cujas células são reproduzidas em laboratório.

Or they might originate from a patient’s own tissue

Ou podem ser provenientes do tecido do próprio doente

to create a personalized meniscus less likely to be rejected by their body.

para criar um menisco personalizado menos propenso a ser rejeitado pelo corpo.

There are several printing techniques,

Há diversas técnicas de impressão,

and the most popular is extrusion-based bioprinting.

e a mais popular é a bioimpressão baseada na extrusão.

In this, bioink gets loaded into a printing chamber

Nesta, a biotinta é carregada numa câmara de impressão

and pushed through a round nozzle attached to a printhead.

e injetada através duma ponteira redonda, ligada a uma cabeça de impressão.

It emerges from a nozzle that’s rarely wider than 400 microns in diameter,

Sai de uma ponteira que raramente tem um diâmetro maior do que 400 mícrones

and can produce a continuous filament

e pode produzir um filamento contínuo

roughly the thickness of a human fingernail.

que não atinge a espessura de uma unha humana.

A computerized image or file guides the placement of the strands,

Uma imagem ou um ficheiro computadorizado guia a colocação dos filamentos,

either onto a flat surface or into a liquid bath

numa superfície plana ou num banho líquido

that’ll help hold the structure in place until it stabilizes.

que vai ajudar a manter a estrutura no seu lugar, até estabilizar.

These printers are fast, producing the meniscus in about half an hour,

Estas impressoras são rápidas, produzindo o menisco numa meia hora,

one thin strand at a time.

um delgado filamento de cada vez.

After printing, some bioinks will stiffen immediately;

Depois da impressão, algumas biotintas endurecem imediatamente,

others need UV light or an additional chemical or physical process

outras precisam de luz ultravioleta ou um processo físico ou químico adicional

to stabilize the structure.

para estabilizar a estrutura.

If the printing process is successful,

Se o processo de impressão tiver êxito,

the cells in the synthetic tissue

as células no tecido sintético

will begin to behave the same way cells do in real tissue:

começam a comportar-se como as células do tecido real:

signaling to each other, exchanging nutrients, and multiplying.

transmitindo sinais umas às outras, trocando nutrientes e multiplicando-se.

We can already print relatively simple structures like this meniscus.

Já conseguimos imprimir estruturas relativamente simples, como meniscos.

Bioprinted bladders have also been successfully implanted,

Já foram implantadas com êxito bexigas bioimpressas

and printed tissue has promoted facial nerve regeneration in rats.

e tecido impresso já provocou regeneração de nervos faciais em ratos.

Researchers have created lung tissue, skin, and cartilage,

Os investigadores criaram tecido pulmonar, pele e cartilagem,

as well as miniature, semi-functional versions of kidneys, livers, and hearts.

assim como versões miniaturais e semifuncionais

de rins, fígados e corações.

However, replicating the complex biochemical environment

Mas, reproduzir o complexo ambiente bioquímico

of a major organ is a steep challenge.

de um órgão importante é um desafio muito grande.

Extrusion-based bioprinting may destroy

A bioimpressão, com base na extrusão, pode destruir

a significant percentage of cells in the ink if the nozzle is too small,

uma percentagem significativa de células na tinta,

se a ponteira for demasiado pequena.

or if the printing pressure is too high.

ou se a pressão da impressão for demasiado alta.

One of the most formidable challenges

Um dos maiores problemas

is how to supply oxygen and nutrients to all the cells in a full-size organ.

é como fornecer oxigénio e nutrientes

a todas as células num órgão em tamanho natural.

That’s why the greatest successes so far

Isso explica porque os maiores êxitos, até agora,

have been with structures that are flat or hollow—

têm sido com estruturas planas ou ocas

and why researchers are busy developing ways

e é por isso que os investigadores procuram desenvolver formas

to incorporate blood vessels into bioprinted tissue.

de incorporar vasos sanguíneos no tecido biompresso.

There’s tremendous potential to use bioprinting

Há um enorme potencial para usar a bioimpressão

to save lives and advance our understanding

para salvar vidas e avançar com a nossa compreensão

of how our organs function in the first place.

de como funcionam os nossos órgãos.

And the technology opens up a dizzying array of possibilities,

A tecnologia abre uma série espantosa de possibilidades,

such as printing tissues with embedded electronics.

como tecidos impressos com eletrónica incorporada.

Could we one day engineer organs that exceed current human capability,

Poderemos, um dia, fabricar órgãos que superem a atual capacidade humana

or give ourselves features like unburnable skin?

ou nos possam dar características como pele que não sofra queimaduras?

How long might we extend human life by printing and replacing our organs?

Até que ponto poderemos prolongar a vida humana,

imprimindo e substituindo os nossos órgãos?

And exactly who—and what—

Exatamente quem — e o quê —

will have access to this technology and its incredible output?

terá acesso a esta tecnologia e a estes resultados incríveis?