A bio-impressão é uma aplicação biomédica de processos de manufatura aditiva para produzir tecidos biológicos artificiais. Bioimpressão pode ser definida como a estruturação espacial de células vivas e outros produtos biológicos empilhando e montando-os usando um método de deposição assistida por computador camada por camada para desenvolver tecidos e órgãos vivos para engenharia de tecidos, medicina regenerativa, farmacocinética e mais geralmente pesquisa de biologia. Esta é uma inovação recente que posiciona simultaneamente células vivas e biomateriais de camada por camada para produzir tecidos vivos. O principal uso de órgãos impressos é o transplante. A pesquisa está sendo conduzida atualmente em estruturas artificiais do coração, rins, fígado e outros órgãos vitais. Para órgãos mais complexos, como o coração, construções menores, como válvulas cardíacas, também foram investigadas. Alguns órgãos impressos já atingiram a implementação clínica, mas envolvem principalmente estruturas ocas, como a bexiga, bem como estruturas vasculares.

História
Em 1938, Alexis Carrell, Prêmio Nobel de Medicina, e Charles Lindbergh, o pioneiro da aviação e inventor apaixonado, propuseram o cultivo de órgãos. E devemos esperar pelo surgimento da medicina regenerativa que busca substituir as células danificadas do corpo humano por órgãos saudáveis ​​para que apareçam os primeiros transplantes. No entanto, o risco de rejeição pelo paciente é importante e requer precauções por parte da profissão médica.

Este é o século 21 que a tecnologia de bio-impressão. Permite a fabricação personalizada de tecidos ou órgãos com as células do paciente, minimizando assim o risco de rejeição. Consiste em um conjunto de constituintes de tecidos biológicos (células) pré-definidos pelo design digital. O objetivo é procurar reproduzir a organização tridimensional das células como naturalmente feito pelo corpo humano. Essa tecnologia usa o princípio de camada por camada da impressão 3D. A bioimpressão é definida como uma tecnologia disruptiva porque resulta do agrupamento de conhecimentos em física, biologia, mecânica e informática. As aplicações são limitadas hoje devido à recente descoberta desta tecnologia, mas a longo prazo, as aplicações esperadas são muitas e inovadoras.

A impressão 3D de órgãos foi usada pela primeira vez em 2003 por Thomas Boland, da Universidade Clemson, que patenteou o uso da impressão a jato de tinta para células. O método utilizou um sistema modificado para deposição de células em matrizes tridimensionais colocadas em um substrato.

Desde os primeiros experimentos de Boland, a impressão 3D de estruturas biológicas, também conhecida como bioprinting, se desenvolveu. Novas técnicas de impressão foram desenvolvidas, por exemplo, a impressão por extrusão.

A impressão de órgãos foi vista rapidamente como uma solução potencial para a escassez global de órgãos para transplante. Órgãos impressos já foram transplantados com sucesso. Em particular, tecidos como pele, tecido vascular, como vasos sangüíneos, ou órgãos ocos, como a bexiga. Os órgãos artificiais são na maioria das vezes feitos a partir das próprias células do receptor, o que elimina os problemas relacionados aos riscos de rejeição.

A impressão de órgãos mais complexos é objeto de intensa pesquisa em todo o mundo. Por exemplo, para o coração, pâncreas, fígado ou rins. A partir de 2017, essa pesquisa ainda não havia levado ao transplante.

Funcionalidade
Uma bioprinter funciona de maneira semelhante a uma impressora 3D baseada no processo FDM. Uma extrusora constrói moldes a partir do tecido, neste caso não termoplástico como ABS, mas um gel polimérico, para. B. em base de alginato, com células vivas encapsuladas. A Organovos Bioprinter lança gotas usando outra tecnologia promissora, cada uma contendo cerca de 10.000 a 30.000 células individuais. Estes são posteriormente estimulados por fatores de crescimento adequados, mesmo em estruturas funcionais do tecido.

As bioprinters possuem componentes especiais, como regulação de temperatura, o que é muito importante para a impressão adequada.

Uso médico
Para fins médicos, os bioprinters (no campo experimental) são conhecidos desde 2000. Mesmo hoje ainda não é possível, experimentalmente, imprimir órgãos compostos por vários tipos de tecidos. A pesquisa tende a ser mais no sentido de construir agregações celulares relativamente grosseiras através do processo de impressão, que então “amadurece” em órgãos através da auto-montagem biológica. Um problema importante é, por exemplo, a geração de um sistema de vasos sanguíneos em funcionamento.

No entanto, parece bastante concebível que bioprinters ou órgãos criados com eles possam um dia substituir órgãos de doadores. Uma vantagem dos órgãos de bioprinter é a sintonia precisa com o corpo pretendido. Para órgãos de doadores, é necessário esperar até que um órgão esteja disponível, o que melhor se encaixa. O fato de um órgão doador estar disponível, no entanto, é geralmente improvável. O “tempo de pressão” de um órgão artificial que dura várias horas pode ser uma barreira nas lesões por acidentes agudos. Transplantes que são impressos com uma impressora 3D regular e feitos de metal ou plástico não contam como bioimpressão porque nenhuma célula é usada. Fragmentos ósseos menores ou próteses dentárias feitas de fosfato de cálcio já são produzidos no processo de impressão 3D. No entanto, é costume usar o material de bovinos especialmente criados para ossos.

Biologia sintética
Em biologia sintética, bioprinters poderiam ser usados ​​para imprimir novas formas de vida. Um resultado sensacional na biologia sintética foi um “medusóide”, uma “água viva” artificial de células musculares de ratos e de silicone que podiam nadar. No entanto, isso não foi gerado apenas por uma Bioprinter.

Indústria alimentícia
Além disso, para produzir alimentos como carne, os bioprinters poderiam ser usados ​​em grande escala. Segundo a empresa, a Modern Meadow já imprimiu carne saborosa, que foi produzida com menos esforço que a pecuária e o abate. A empresa quer acabar com o abate. Atualmente, nenhuma carne “impressa” está comercialmente disponível, embora isso já seja possível em termos de sabor e saúde. O professor Stampfl, do Instituto de Ciência e Tecnologia de Materiais da Universidade Tecnológica de Viena, estimou que o custo de um pedaço de carne impresso seria de pelo menos 50.000 euros em 2013.

A sátira de tal indústria alimentícia já foi apresentada no filme “Brust oder Keule” em 1976, no qual Louis de Funès desempenha o papel principal e invade secretamente uma fábrica na qual, por exemplo, o frango é produzido artificialmente.

Outlook
Em 2017, as conquistas da impressora biológica permanecem limitadas, os cientistas procuram melhorar e desenvolver as tecnologias existentes. A hipótese de uma tecnologia de bioimpressão funcional ofereceria muitas perspectivas de aplicação.

Transplantação
O principal objetivo continua sendo o enxerto cirúrgico. Imprimir órgãos das células do receptor também ajuda a evitar o risco de rejeição. Isso salvaria milhares de vidas, diminuiria o custo dos cuidados médicos e atenderia às crescentes demandas de órgãos. Note-se que o número de requerentes de órgãos quase duplicou entre 2006 (12 531 candidatos) e 2014 (20 311). Mas é preciso tempo e experiência para chegar lá, porque é preciso criar uma vascularização complexa para oxigenar e alimentar o órgão. E atualmente, é difícil reconstituir vasos sanguíneos complexos. Além disso, os órgãos criados só são viáveis ​​por um tempo limitado e são para o momento de um tamanho pequeno. Eles são então inutilizáveis ​​em humanos. Para criar e responder à falta de órgãos, esperará mais alguns anos.

O objetivo da impressão da pele é especialmente capaz de tratar grandes queimados criando tecidos adaptados à ferida do paciente 38. Atualmente, os transplantes são realizados removendo-se tecido não danificado do corpo do paciente (autoenxerto) ou usando doações de pele. Esta operação é muitas vezes dolorosa ou sancionada pela rejeição do sistema imunológico. De acordo com Marc Jeschke: “90% das queimaduras ocorrem em baixa e média renda, com maior mortalidade e morbidade, sistemas de saúde inadequadamente equipados e acesso inadequado a instalações de tratamento de queimaduras. Regenerar a pele usando células-tronco do próprio paciente pode reduzir significativamente o risco de morte nos países em desenvolvimento “. Note-se que o número de transplantes realizados em França está a aumentar: 4.428 em 2006 e 5.357 em 2014, mas estes números ainda são muito baixos em comparação com os pedidos, porque apenas um quarto em 2006 e pouco mais de um terço em 2014 poderia ter sido enxertado.

A melhoria e difusão das impressoras permitiria a impressão de tecidos celulares individuais das células estaminais do paciente para enxerto no paciente. Então, com a instalação de impressoras biológicas em hospitais para imprimir tecido vivo sob demanda e personalizado. Mas também a impressão direta de tecidos sobre ou no corpo humano por meio da impressão de sequências de camadas de células é considerada: para produzir enxertos, tecidos que podem ser implantados diretamente no paciente. Portanto, a bioimpressão seria uma solução para criar tecido a partir das células do paciente.

Próteses
Próteses Bioimpressas: A impressão usando biopróteses e materiais de implantes limitaria o risco de rejeição e infecção do receptor. Os pesquisadores contam com o uso de materiais orgânicos e células-tronco para isso. Note-se que este tipo de transplante seria utilizado apenas para determinadas patologias, como traqueotomias, que deixam sérios efeitos após a perda da fala e um alto risco de infecção.

Pesquisa médica
A bioimpressão possibilita a produção de tecidos biológicos para experimentação em pesquisas médicas, farmacêuticas e toxicológicas. O objetivo é criar tecidos individualizados, feitos a partir das células do paciente, permitindo selecionar in vitro nestes tecidos os tratamentos e desenvolver soluções terapêuticas personalizadas. “Um dos principais problemas enfrentados por essas empresas é a capacidade de avaliar com precisão a toxicidade de novos tratamentos em células humanas, particularmente as do fígado. Entre 1990 e 2010, 25% dos tratamentos foram retirados do mercado ou encalhados na fase 3 por causa dos efeitos tóxicos no fígado “. Esse tipo de aplicativo também pode reduzir o custo das pesquisas.

No campo do câncer, por exemplo: poderia ser possível através da reconstrução 3D dos próprios tecidos do paciente (levando em conta o ambiente celular do tumor) para testar a quimioterapia. A impressão serial de tumores cancerígenos permitiria aos pesquisadores testar compostos e, assim, direcionar as moléculas mais eficazes para uma dada mutação. No momento, os pacientes são usados ​​como cobaias para esses testes. O tempo de desenvolvimento atual dos tratamentos é longo e pode acelerar pela bioimpressão do tecido doente.

O uso de tecidos bio-impressos poderia reduzir o custo e o processo de pesquisa e desenvolvimento de novos tratamentos. Segundo um estudo, “entre 1997 e 2011, as 12 principais empresas farmacêuticas gastaram US $ 802,5 bilhões em pesquisa e desenvolvimento para finalmente aprovar 139 novos tratamentos. O processo que levou à comercialização de uma única droga custou, em média, US $ 5,77 bilhões. Em outras palavras, 40% do dinheiro investido não ultrapassou a etapa de laboratório “. Empresas de cosméticos e farmacêuticas fornecem suporte financeiro significativo para laboratórios de pesquisa de bioimpressão.

Impressão in vivo
Imprimir in vivo é imprimir diretamente o tecido do paciente. Por exemplo, a BioPen é capaz de reparar fraturas e feridas injetando uma mistura de células-tronco com um gel de biopolímero (extrato de algas: proteínas que aceleram a regeneração). Esta mistura é combinada na BioPen, é suficiente para sobrepor camadas sucessivas na superfície do osso ou falta de cartilagem para preencher a área danificada. Uma fonte ultravioleta ligada à caneta instantaneamente solidifica a substância. Com o tempo, o gel de proteção se degrada e as células se multiplicam e se dissociam para se tornar células nervosas, musculares e ósseas para reparar a área. Essa técnica permite maior precisão e reduz o tempo de cirurgia. Ela apareceu na Universidade de Wollongong, na Austrália, e os exames laboratoriais são conclusivos, mas os testes clínicos começarão em breve no Hospital São Vicente, em Melbourne. Pode então ser possível reparar uma fractura instantaneamente e porque não reparar também a pele e os órgãos. Imprimindo in vivo notavelmente foi testado em grandes feridas queimadas com a esperança de curar soldados de feridas graves diretamente no campo de batalha, por exemplo.

Carne sintética
Uma startup americana, a Modern Meadow, arrecadou US $ 350 mil para criar uma impressora 3D capaz de imprimir carne. Essa tecnologia poderia evitar matar animais para alimentar humanos e tornar a produção de carne mais verde e mais econômica.

Transhumanism
A implantação de próteses poderia aumentar a expectativa de vida, substituindo partes do corpo humano e até mesmo criando corpos sobre-humanos, como o ouvido biônico criado por cientistas da Universidade de Princeton.

Impacto
A bioimpressão 3D contribui para avanços significativos no campo médico da engenharia de tecidos, permitindo que pesquisas sejam feitas em materiais inovadores chamados biomateriais. Biomateriais são os materiais adaptados e utilizados para imprimir objetos tridimensionais. Algumas das substâncias bioengenharia mais notáveis ​​são geralmente mais fortes do que os materiais corporais comuns, incluindo tecidos moles e ossos. Esses constituintes podem atuar como futuros substitutos, até mesmo melhorias, para os materiais originais do corpo. O alginato, por exemplo, é um polímero aniônico com muitas implicações biomédicas, incluindo viabilidade, forte biocompatibilidade, baixa toxicidade e capacidade estrutural mais forte em comparação com algum material estrutural do corpo. Os hidrogéis sintéticos também são comuns, incluindo géis à base de PV. A combinação de ácido com um agente de reticulação baseado em PV iniciado por UV foi avaliada pelo Wake Forest Institute of Medicine e determinada como um biomaterial adequado. Os engenheiros também estão explorando outras opções, como a impressão de micro-canais que podem maximizar a difusão de nutrientes e oxigênio dos tecidos vizinhos. Além disso, a Agência de Redução de Ameaças de Defesa tem como objetivo imprimir mini órgãos como corações, fígados e pulmões. novos medicamentos com mais precisão e, talvez, eliminar a necessidade de testes em animais.

Aspectos legais
Como a bioimpressão é uma tecnologia relativamente nova e ainda não é bem-sucedida, seus aspectos legais ainda contêm questões amplas. Isso inclui regulamentações, patentes, questões relacionadas a essas leis, bem como de propriedade intelectual.

A bioimpressão (e a maioria das tecnologias de biofabricação em geral) ainda não estão disponíveis para o público em geral. Assim, as soluções sugeridas sobre os vários problemas jurídicos desta tecnologia nos parágrafos seguintes são apenas proposições.

Políticas e Regulamentos
A intervenção do Estado em pesquisa e aspectos regulatórios de novas tecnologias é crucial para o futuro deste último. Em relação à bioimpressão, regulamentações excessivamente restritivas podem resultar na criação de um mercado negro de órgãos impressos. Pois, se o acesso a produtos impressos biofuncionais for muito difícil, isso poderia de fato levar a um mercado secundário em que nem o serviço nem a qualidade dos produtos seriam garantidos.

As seguintes proposições vêm de Jaspar L. Tran e são retiradas de seu artigo “Para bioprint ou não para bioprint”:

Proibição
A solução mais simples provavelmente seria banir todas as atividades em torno da bioimpressão, mas isso terá o efeito de acabar com uma tecnologia que tem o potencial de salvar muitas vidas humanas a longo prazo. Outra solução seria uma proibição com exceção de pesquisas e emergências. É uma solução semelhante à anterior, mas, desta vez, com permissão para continuar a pesquisa e a experimentação. No entanto, as questões de pessoas qualificadas para realizar o trabalho de pesquisa, fontes de financiamento (privado / público) etc continuam a ser debatidas.

Auto-regulação
Uma solução diametralmente oposta à proibição seria colocar em prática, sem regulamentação alguma. Assim, o estado conta com seus cidadãos e sua capacidade de regular o próprio mercado. Isso se baseia na suposição de que os indivíduos farão coisas “justas” e éticas. No caso da bioimpressão, isso pode ser considerado porque a bioimpressão apresenta poucos riscos. O estado ainda poderia apoiar essa tecnologia por meio de educação e disseminação de instruções de segurança para o público em geral, por exemplo. No entanto, isso eliminaria a possibilidade de haver patentes para novas invenções nessa área, o que poderia diminuir o orçamento de pesquisa. Existe sempre a possibilidade de financiar pesquisas via.

Concessão de patentes e propriedade intelectual
As patentes e a propriedade intelectual dominam qualquer nova tecnologia com grande potencial de comercialização e a bioimpressão é parte deste tipo de tecnologia. De acordo com podemos identificar cinco categorias principais às quais as diferentes patentes de bio-impressão podem pertencer:

Hidrogel / Matriz Extracelular (ECM)
Isolamento e crescimento celular
biorreator
Métodos de fabricação / distribuição
Novos métodos de impressão 3D

Patente Pro Razões
Devemos ser capazes de depositar patentes em bio-impressão, a fim de promover a inovação e permitir que os inventores recuperem o retorno de seu investimento. Note-se que a bio-impressão ainda está em sua infância e sem pesquisa adicional e desenvolvimento de tal tecnologia é susceptível de estagnar como fez a tecnologia de clonagem, por exemplo.

Problemático
O problema com o patenteamento da bioimpressão é o fato de que a lei geralmente proíbe o patenteamento de um organismo humano (ver patenteabilidade da vida). Mas as coisas não são tão simples no caso da bioimpressão. Deve-se saber que um produto é patenteável se for criado pelo homem e não aparecer convenientemente na natureza.

Tecnicamente, tudo o que está relacionado à bioimpressão é resultado da engenhosidade e da criação humana: os processos de fabricação e os órgãos bio-impressos. O ponto que é mais difícil de provar é o fato de que um produto bio-impresso não aparece naturalmente na natureza. Se um órgão ou tecido impresso é uma réplica exata de um órgão ou tecido humano, então o produto bio-impresso não pode ser patenteado. Assim, os tecidos bio-impressos, embora sejam muito semelhantes aos tecidos humanos (ao nível funcional), são (por enquanto) estruturalmente diferentes dos últimos, o que lhes permite ser patenteáveis.

Uma solução que poderia evitar os vários desafios e a oposição à patenteabilidade de produtos bio-impressos seria patentear apenas o processo de fabricação e não o produto como tal.

Debate Ético e Social
A bioimpressão é um tema de interesse para cada vez mais pesquisadores, como evidenciado pela literatura científica cujo número de artigos sobre o tema está aumentando rapidamente, de 2012 para 202 em 2015. No entanto, a bioimpressão é uma tecnologia que poderia desencadear muitos debates éticos e levantar uma série de questões morais.

Em 2016, pesquisadores da Universidade Nacional de Cingapura publicaram um artigo propondo uma abordagem metódica e abrangente para trazer questões éticas à vanguarda da pesquisa em bioimpressão.

Estratificação social
A bioimpressão é uma tecnologia recente e potencialmente cara. Pode ser acessível apenas a uma pequena fração da população em melhor situação. O acesso desigual a essa tecnologia pode levar a uma estratificação social que divide as pessoas com base em sua renda e permite que os mais ricos vivam mais e com melhor saúde.

Uso de células-tronco
A bioimpressão baseia-se, em particular, na utilização de células estaminais, que têm a vantagem de poderem multiplicar-se e especializar-se. Dependendo da origem dessas células (embriões), questões éticas e sociais podem surgir.

Riscos
O uso de células-tronco e a intensa multiplicação celular necessária para a criação de órgãos de síntese sugerem que certos riscos de proliferação celular não são excluídos. Esses riscos incluem a formação de teratomas ou cânceres, bem como o deslocamento ou migração de implantes. A maioria dos estudos de bioimpressão mostrou resultados convincentes a curto prazo, mas é necessário realizar estudos in vivo para avaliar os riscos a longo prazo.

Debate sobre células estaminais embrionárias (ESC)
Os embriões são uma fonte muito interessante de células-tronco pluripotentes para a engenharia de tecidos, mas a coleta e o uso de embriões são tema de debate acalorado. Esses debates são influenciados, em particular, por fatores culturais e religiosos.

Posições diferentes de religiões
Em 2003, um estudo publicado em Advances in Experimental Medicine and Biology, em fevereiro de 2003, relata como diferentes religiões percebem pesquisas sobre células-tronco embrionárias e clonagem terapêutica e reprodutiva.

Os católicos e ortodoxos proíbem a pesquisa sobre o CSE e recusam todas as formas de clonagem.

Os protestantes aceitam pesquisas sobre CSE e clonagem terapêutica se forem conduzidas de maneira razoável e ética, mas recusam a clonagem reprodutiva.

Os muçulmanos, como os protestantes, aceitam pesquisa e clonagem terapêutica, desde que isso seja feito em embriões de menos de 4 meses. Eles recusam, no entanto, a clonagem reprodutiva.

Os judeus, por sua vez, aceitam a pesquisa e a clonagem, desde que o clone seja estéril e que os embriões tenham usado menos de 40 dias.

Finalmente, no que diz respeito aos budistas, eles se opõem à pesquisa sobre CES e clonagem terapêutica. Por outro lado, aceitam a clonagem reprodutiva desde que nenhuma modificação genética seja feita.

Diferenças nas percepções por país
Um relatório (Além da permissibilidade da pesquisa com células-tronco e embriões: requisitos substantivos e salvaguardas processuais) contendo uma análise comparativa dos regulamentos atuais sobre o uso e pesquisa sobre CES em mais de países foi publicado em 2006. observa que a regulamentação da clonagem terapêutica e A pesquisa com células-tronco embrionárias varia muito de um país para outro.

A clonagem terapêutica é proibida na França, Alemanha, Espanha, Itália, Áustria, Irlanda, Israel, Suécia, Bélgica, Índia, Canadá e Austrália. Pelo contrário, está autorizado no Reino Unido, na Dinamarca, no Japão, nos Países Baixos e na Coreia. Pode-se observar que as posições variam de país para país, apesar de sua proximidade geográfica, sendo a clonagem terapêutica proibida na Irlanda, mas permitida no Reino Unido.

A maioria dos países que adotaram um regulamento que proíbe a pesquisa e o uso de embriões usa como justificativa ética que apenas uma das manipulações para melhorar as condições de desenvolvimento e a saúde do embrião é aceitável. Assim, ao permitir apenas a pesquisa que beneficia os embriões e deixando de lado qualquer outra finalidade científica, essa política confere status legal aos embriões.

Pelo contrário, alguns países aceitam amplamente pesquisas sobre embriões e suas células-tronco, porque consideram mais importante reduzir o sofrimento e a morte de seres humanos (em oposição aos embriões humanos). Assim, esta pesquisa é considerada e regulamentada como uma pesquisa terapêutica. Em vários países, como Suíça, Japão, França, Brasil e Islândia, aceitamos a pesquisa in vitro de embriões, desde que isso contribua para grandes avanços no campo terapêutico.

Essas fortes diferenças nas percepções poderiam influenciar fortemente como a bioimpressão poderia ser aceita. Portanto, é importante estudar e refletir essas percepções que são complexas e amplamente relacionadas à religião, cultura e influências políticas.