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Implante impresso em 3D promove crescimento de células nervosas para tratar lesão medular

Posted by on fev 4, 2019

Pela primeira vez, pesquisadores da Escola de Medicina da Universidade da Califórnia em San Diego e do Instituto de Engenharia em Medicina usaram tecnologias rápidas de impressão 3D para criar uma medula espinhal e implantaram com sucesso o andaime, carregado com células-tronco neurais, em locais de espinha dorsal severa. lesão medular em ratos.

Os implantes, descritos em um estudo publicado na edição de 14 de janeiro daNature Medicine , destinam-se a promover o crescimento do nervo através de lesões da medula espinhal, restaurando conexões e perda de função. Nos modelos de rato, os suportes apoiaram o crescimento dos tecidos, a sobrevivência das células estaminais e a expansão dos axónios das células estaminais neuronais para fora do andaime e para a medula espinal do hospedeiro.

Jacobs Medical Center

Um implante de dois milímetros impresso em 3D (ligeiramente maior que a espessura de um centavo) usado como andaime para reparar lesões da medula espinhal em ratos. Os pontos que circundam o núcleo em forma de H são portais ocos através dos quais as células-tronco neurais implantadas podem estender os axônios aos tecidos do hospedeiro.
Crédito da foto: Jacob Koffler e Wei Zhu, UC San Diego

“Nos últimos anos e documentos, nós progressivamente nos aproximamos da meta de regeneração abundante e de longa distância dos axônios lesados ​​na lesão da medula espinhal, o que é fundamental para qualquer verdadeira restauração da função física”, disse o co-autor sênior Mark Tuszynski. , MD, PhD, professor de neurociência e diretor do Translational Neuroscience Institute da UC San Diego School of Medicine. Os axônios são extensões longas e semelhantes a linhas nas células nervosas que se conectam a outras células.

“O novo trabalho nos coloca ainda mais perto do real”, acrescentou o co-primeiro autor Kobi Koffler, PhD, cientista assistente do projeto no laboratório de Tuszynski, “porque o andaime 3D recapitula os conjuntos delgados de axônios na medula espinhal. Ela ajuda a organizar os axônios em regeneração para replicar a anatomia da medula espinhal pré-lesada ”.

A co-autora sênior Shaochen Chen, PhD, professora de nanoengenharia e membro do corpo docente do Instituto de Engenharia em Medicina da UC San Diego, e colegas usaram a tecnologia de impressão rápida 3D para criar um andaime que imita as estruturas do sistema nervoso central.

“Como uma ponte, ela alinha os axônios em regeneração de uma extremidade da lesão da medula espinhal à outra. Axônios por si só podem se difundir e regredir em qualquer direção, mas o andaime mantém os axônios em ordem, orientando-os a crescer na direção certa para completar a conexão da medula espinhal ”, disse Chen.

Impressão mais rápida e precisa

Os implantes contêm dezenas de minúsculos canais de 200 micrômetros de largura (o dobro da largura de um fio de cabelo humano) que guiam o crescimento de células-tronco neurais ao longo do comprimento da lesão da medula espinhal. A tecnologia de impressão usada pela equipe de Chen produz implantes de dois milímetros em 1,6 segundos. As impressoras de bicos tradicionais demoram várias horas para produzir estruturas muito mais simples.

O processo é escalonável para tamanhos de medula espinhal humanos. Como prova de conceito, os pesquisadores imprimiram implantes de quatro centímetros de tamanho, modelados a partir de ressonâncias magnéticas de lesões reais da medula espinhal. Estes foram impressos em 10 minutos.

“Isso mostra a flexibilidade da nossa tecnologia de impressão 3D”, disse o co-primeiro autor Wei Zhu, PhD, nanoengineering pós-doutorado no grupo de Chen. “Podemos imprimir rapidamente um implante adequado para combinar com o local lesionado da medula espinhal, independentemente do tamanho e da forma”.

Restaurando Conexões Perdidas

Os pesquisadores enxertaram os implantes de dois milímetros, carregados com células-tronco neurais, em locais de lesão medular grave em ratos. Depois de alguns meses, o novo tecido da medula espinhal se regenerou completamente através da lesão e conectou as extremidades cortadas da medula espinhal do hospedeiro. Ratos tratados recuperaram melhora motora funcional significativa em suas pernas traseiras.

“Isso marca outro passo fundamental para a realização de ensaios clínicos para reparar lesões na medula espinhal em pessoas”, disse Koffler. “O andaime fornece uma estrutura física estável que suporta o enxerto consistente e a sobrevivência das células-tronco neurais. Parece proteger as células-tronco enxertadas do ambiente inflamatório freqüentemente tóxico de uma lesão na medula espinhal e ajuda a orientar os axônios completamente através do local da lesão. ”

Além disso, os sistemas circulatórios dos ratos tratados haviam penetrado dentro dos implantes para formar redes funcionais de vasos sanguíneos, o que ajudou as células-tronco neurais a sobreviver.

“Vascularização é um dos principais obstáculos na engenharia de implantes de tecidos que podem durar no corpo por um longo tempo”, disse Zhu. “Os tecidos impressos em 3D precisam de vasculatura para obter nutrição suficiente e eliminar o desperdício. Nosso grupo já trabalhou em redes de vasos sanguíneos impressos em 3D antes, mas não o incluímos neste trabalho. A biologia naturalmente cuida disso para nós devido à excelente biocompatibilidade de nossos andaimes 3D ”.

O avanço marca a interseção de duas linhas de trabalho de longa data na Escola de Medicina da UC San Diego e na Jacobs School of Engineering, com progresso contínuo e incremental. Atualmente, os cientistas estão ampliando a tecnologia e testando modelos animais maiores em preparação para possíveis testes em humanos. Os próximos passos também incluem a incorporação de proteínas dentro dos arcabouços da medula espinal que estimulam ainda mais a sobrevivência das células-tronco e o crescimento dos axônios.

Os co-autores incluem: Xin Qu, Oleksandr Platoshyn, Jennifer Dulin, John Brock, Lori Graham, Paul Lu e Martin Marsala, todos na UC San Diego; e Jeff Sakamoto, da Universidade de Michigan.

O financiamento para essa pesquisa veio, em parte, dos Institutos Nacionais de Saúde (R01EB021857, R21HD090662), da National Science Foundation (1644967, 1547005), do Instituto de Medicina Regenerativa da Califórnia (RT3-07899) e do Dr. Miriam e Sheldon G Adelson Medical Research Foundation.

Divulgação: Chen e Zhu foram co-fundadores da startup Allegro 3D, para comercializar sua tecnologia de bioimpressão rápida.

Fonte: /health.ucsd.edu

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