Como a bioimpressão de pele humana pode acabar com os testes em animais
Na luta contra a pandemia global de COVID-19, a impressão 3D assumiu papel de destaque. Os fabricantes têm recorrido à impressão 3D para a produção rápida e econômica de equipamentos médicos e de proteção individual (EPIs), fabricando com agilidade swabs para uso em kits de teste, válvulas para respiradores, protetores faciais e outros itens para trabalhadores essenciais nas linhas de frente.
A Next Big Innovation Labs (NBIL), startup com sede na Índia, está aperfeiçoando ainda mais a impressão 3D, utilizando a tecnologia para bioimpressão de pele humana. A bioimpressão utiliza materiais biológicos, como células, para criar uma biotinta que é carregada em uma bioimpressora.
A pele, maior órgão do corpo humano, é a primeira linha de defesa contra bactérias nocivas. Ela regula a temperatura corporal e possibilita a sensação do tato. A pele consiste em várias camadas, tornando-a bem adaptada para o processo de impressão 3D em camadas.
A NBIL se apoia nos conhecimentos especializados de sua equipe sobre fabricação aditiva, biologia sintética, ciência dos materiais e design computacional, com o grande objetivo de fazer uma diferença positiva para a expressiva população de 1 bilhão de habitantes da Índia.
“O que estamos tentando criar é uma réplica da pele humana, então precisamos compreender não apenas o funcionamento biológico da pele, mas também sua estrutura física”, diz Alok Medikepura Anil, cofundador da NBIL. Alok Anil trabalhou como especialista em impressão 3D nos setores automotivo e aeroespacial antes de fazer a transição para a biotecnologia e tentar causar um impacto maior.
A NBIL elaborou um processo de três etapas para criar sua versão da pele humana, que a empresa chama de Innoskin. Na primeira etapa, conhecida como pré-bioimpressão, a equipe extrai células da pele como amostras de tecidos cutâneos e as armazena em um banco de células. Essas células são então misturadas com a formulação de biotinta exclusiva da empresa, que segue para uma bioimpressora para a etapa de bioimpressão.
“No momento da bioimpressão, estamos imprimindo estruturas tridimensionais conforme um tamanho, forma e dimensão específicos”, diz Alok Anil. “Assim que essas estruturas são criadas, células são incorporadas dentro delas.”
Durante a etapa final de pós-bioimpressão, as estruturas celulares são transferidas para uma incubadora configurada com as condições certas para o crescimento, como se estivessem dentro do corpo humano: temperatura de 37 °C e 95% de oxigênio, semelhantes aos níveis normais do sangue, entre outros fatores. Após um período de 14 dias, as células crescem e se transformam em tecido cutâneo, formando a epiderme e suas quatro subcamadas.
A NBIL aplicou design generativo para diminuir o peso da Trivima, a bioimpressora da startup. “Isso é imprescindível para conseguir o máximo de controle possível da máquina – até o nível micrométrico”, diz Alok Anil.
A equipe também utilizou o Autodesk Eagle para personalizar as placas de circuitos impressos da Trivima e o Autodesk Fusion 360 para projetar os componentes de metal laminado da bioimpressora. “A robustez é importante”, diz Alok Anil. “Até mesmo pequenos movimentos dentro da máquina podem alterar a qualidade das impressões, portanto o metal laminado é a melhor alternativa para nós.”
Atualmente, a NBIL está validando a Innoskin, comparando a biologia de sua pele bioimpressa com a pele humana real e testando até que ponto ela imita a camada externa do corpo. A empresa está preparada para lançar a Innoskin este ano.
A pele desenvolvida em laboratório é uma área de pesquisa ativa, principalmente em um momento em que muitos setores estão se afastando dos testes em animais em busca de soluções mais éticas. Por exemplo: a Epiderm, da MatTek, e a EpiSkin, da L’Oreal, ambas cultivadas em placas de Petri, são usadas para testar substâncias químicas, cosméticos e produtos de higiene, limpeza e farmacêuticos antes do lançamento.
Mas o que torna a Innoskin diferente da pele cultivada em laboratório é sua uniformidade, escalabilidade e o valor acessível. “O processo de cultura não proporciona a eficiência necessária de lote para lote, o que significa que cada lote pode ter variações introduzidas por falha humana”, diz Alok Anil. “Com a pele bioimpressa em 3D, há uma série de bioimpressoras produzindo modelos de pele, e é possível diminuir a variação de lote para lote, o que é uma grande vantagem para os setores que buscam um modelo de teste padronizado. Também existe a capacidade de produção em escala e redução de custos.
Além de fabricar um possível substituto viável para os testes em animais, a NBIL espera levar a Innoskin ao setor médico para casos de uso clínico, como enxertos de pele no tratamento de lesões. “Estamos analisando a possibilidade de atender às necessidades de pacientes que precisariam de transplantes de pele no tratamento de queimaduras”, diz Alok Anil. “Com a bioimpressão, conseguimos criar uma pele personalizada para o paciente, usando suas próprias células cutâneas para a criação da pele em laboratório.”
A NBIL também está trabalhando com a empresa farmacêutica Merck para examinar como a tecnologia de bioimpressão da startup poderia agilizar o processo e reduzir o custo do desenvolvimento de medicamentos. Levando em consideração que a bioimpressão é uma área emergente, a NBIL compreende a importância da criação de parcerias para maior crescimento e melhorias.
“A bioimpressão ainda é uma área dividida em nichos, e há pesquisadores trabalhando de maneira isolada”, diz Alok Anil. “Começamos a fazer contato com laboratórios de pesquisa, instituições acadêmicas e colegas do setor no mundo todo porque acreditamos que a colaboração é a chave para o sucesso.