Arquitetos celulares construem suas próprias casas

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Arquitetos celulares “construem suas próprias casas”
Os cientistas criaram estruturas biológicas que, quando deixadas sozinhas, se auto-montam em
materiais que se assemelham a tecidos vivos.
Em um mundo onde os arquitetos criam estruturas icônicas, os cientistas conseguiram alcançar um feito
semelhante com as células usando um novo tipo de andaime biológico que mistura células e um material
chamado microgel que permite que as células cresçam em estruturas complexas.
“As células constroem suas próprias casas de microgel, com os microgéis sendo os tijolos e as células
do cemento colando os tijolos juntos”, disse Daniel Gonther, doutorando no Instituto DWI – Leibniz de
Materiais Interativos na Alemanha e um dos autores do estudo.
O objetivo, diz ele, é um dia usar essas construções de microgel para reconstruir o tecido natural e até
mesmo os órgãos para a medicina regenerativa e o reparo dos tecidos.
Tecido artificial feito com hidrogéis
Antes de construir tecidos artificiais, os pesquisadores primeiro precisam construir culturas de células 3D
no laboratório. Para fazer isso, os cientistas se voltaram para materiais chamados hidrogéis, que são
teias de polímeros reticulados que vêm em diferentes texturas e pontos fortes, proporcionando um
ambiente para as células crescerem.
“Os hidrogels têm poros que são muito pequenos para as células crescerem. As células têm que
trabalhar muito duro para degradar a rede de hidrogel para crescer e ainda são limitadas em sua
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adhm.202302957
https://www.advancedsciencenews.com/treating-bone-defects-caused-by-osteoporosis-with-hydrogels/
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capacidade de formar contatos de células ciliadas ”, disse Gonther.
Avanços recentes criaram microgéis, que são minúsculos hidrogéis capazes de construir estruturas onde
as células crescem entre as partículas de microgel, oferecendo mais espaço, mas exigem o uso de
moléculas conhecidas como ligantes químicas para ligar partículas, formando uma estrutura onde as
células podem crescer.
“Nesses casos, as células são adicionadas à construção de microgel já formada e infiltram-se dela do
lado de fora. Como os microgéis estão quimicamente colados, as células não podem realmente
remodelar a estrutura geral”, disse G?nther. Embora inovadora, essa abordagem ainda é limitada,
impedindo o crescimento de tecido “natural”.
No estudo atual, Gonther e seus colegas criaram estruturas biológicas que não requerem reticuladores
químicos para orientar o crescimento celular – na verdade, as células foram encontradas para fazer isso
por conta própria. Isso resulta em materiais artificiais que imitam melhor o tecido natural em que as
células podem crescer livremente em estruturas complexas determinadas por mecanismos celulares
naturais.
Uma descoberta fortuita
Para fazer as novas estruturas, a equipe misturou partículas de microgel esféricas com uma molécula de
peptídeo que é responsável pela adesão celular nas superfícies. Então, eles adicionaram células da pele
humana à mistura e, surpreendentemente, após 24 horas, observaram a formação de um andaime
celular que montou sem qualquer reticulação química.
Selin Bulut, doutorando no DWI – Leibniz Insitute for Interactive Materials, explicou a serendipidade por
trás dessa descoberta. “No início, nossa intenção era verificar a biocompatibilidade dos microgéis que
foram sintetizados, portanto, simplesmente adicionamos células e microgéis juntos em um poço e logo
observamos que as células e microgéis juntos formaram uma grande construção”, disse ela.
Isso levantou algumas questões interessantes: havia células em cada parte do cada um dos andaimes?
E talvez o mais importante, as células ainda estavam vivas?
Usando um microscópio especializado, os cientistas observaram as células na superfície e dentro das
estruturas, descobrindo que elas migraram para o centro do poço em que foram cultivadas, auto-
organizando-se enquanto ligavam ao microglóbulo. Quando observados em diferentes momentos, eles
encontraram uma remodelação contínua em diferentes partes do andaime, demonstrando uma natureza
altamente dinâmica que é semelhante ao tecido nativo.
“O conjunto de andaimes pode ser descrito como uma interação de células auto-organizadas que
buscam células-células, bem como interações célula-matriz, o que resulta na inclusão simultânea dos
microgéis”, disse G-nther.
A equipe também percebeu que, modificando a concentração celular que eles adicionaram ao poço, a
densidade celular no andaime permaneceu quase a mesma. Isso sugere que as células usam o número
de partículas de microgel que precisam para construir os andaimes, e uma maior quantidade de células
não se traduzem em uma estrutura mais compacta.
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“Mais células podem incorporar mais microgéis e menos células só vão ‘agarr’ quantos microgéis
puderem e, portanto, a quantidade de microgéis integrados em um andaime é proporcional ao número
de células”, disse Gnther.
Um andaime vivo
Para estudar se as células sobreviveram dentro do andaime, a equipe realizou um experimento que
identifica células vivas ou mortas em cores diferentes e observou que, após sete dias, as células do
andaime ainda estavam vivas. Isso confirma que esses microgéis permitem a penetração de oxigênio e
nutrientes necessária para manter as células vivas em uma arquitetura 3D – assim como nos tecidos e
órgãos naturais.
“Este é um método eficiente para gerar um andaime de suporte ajustável baseado em microgéis sem a
necessidade de produtos químicos adicionais e a necessidade de poros pré-projetados, onde o número
de microgéis, bem como as propriedades do microgel, desempenham um papel crucial para a geometria
do andaime resultante”, disse Bulut.
“As aplicações futuras incluem principalmente aplicações in vitro, como modelagem de doenças e testes
de drogas, já que a formação de tais andaimes pode ser facilmente aprimorada para exames de alto
rendimento”, acrescentou Gonther.
“A formação de andaimes fáceis sem a necessidade de modificações químicas adicionais torna este
sistema interessante para aplicações clínicas”, continuou ele. “Os andaimes induzidos por células
também podem ser aplicados na medicina regenerativa no futuro, onde o material do andaime pode ser
reabsorvido após a regeneração dos tecidos.”
Esta tecnologia não se limita às partículas específicas de microgel que eles usaram nem às células da
pele humana que testaram. “Existem vários materiais com propriedades distintas, como diferentes
propriedades mecânicas e superficiais, e cinética de degradação, que podem ser adaptados para a área
de aplicação específica”, acrescentou Bulut.
Referência: Selin Bulut e Daniel Gonther, et. al., Arquitetos Celulares no Trabalho: Células Construindo
suas Próprias Casas de Microgel, Materiais Avançados de Saúde (2023). DOI:
10.1002/adhm.202302957
Imagem de recurso: andaimes interligados induzidos por células construídos em um poço. Em
citoesqueletões celulares verdes; em núcleos de células azuis. Crédito: Selin Bulut e Daniel G?nther,
DWI – Instituto Leibniz de Materiais Interativos
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adhm.202302957
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