Válvulas cardíacas artificiais que evoluem para o próprio tecido do paciente

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Válvulas cardíacas artificiais que evoluem para o próprio
tecido do paciente
Para evitar a necessidade de cirurgia repetida, os cientistas estão desenvolvendo válvulas cardíacas
artificiais duráveis a partir de tecido regenerado.
O coração é um órgão incrível. Através de um esforço coordenado, as quatro câmaras do coração e as
válvulas de conexão trabalham em uníssono para regular o fluxo sanguíneo, mantendo o oxigênio e os
nutrientes circulando por todo o corpo.
“É fascinante aprender sobre o equilíbrio de propriedades requintadas das válvulas cardíacas, que lhes
permitem suportar milhões de ciclos de abertura e fechamento em sua vida”, disse Petra Mela,
professora do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade Técnica de Munique. “Como as
válvulas cardíacas nativas podem conseguir isso? De que tipo de material eles são feitos para fornecer
essas características excelentes tão perfeitamente bem?”
Mela e sua colaboradora Elena De-Juan-Pardo, do Instituto Harry Perkins de Pesquisa Médica e da
Universidade da Austrália Ocidental, estão desenvolvendo um meio de criar válvulas cardíacas artificiais
derivadas de células de pacientes que vão além de apenas próteses artificiais.
“O principal impulso para nós é o impacto potencial do nosso trabalho em pacientes em todo o mundo”,
disse De-Juan-Pardo. “A doença valvar cardíaca é o terceiro principal contribuinte para doenças
cardiovasculares, que é a causa número um de mortalidade em todo o mundo”.
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Se a reparação de uma válvula quebrada não for possível, o padrão atual de cuidados envolve a
implantação de uma válvula protética. “A prótese deve idealmente permanecer no paciente durante toda
a vida”, disse De-Juan-Pardo. “No entanto, essa válvula durará apenas um número limitado de anos.”
Isso significa que os pacientes devem passar por múltiplas intervenções à medida que as válvulas
artificiais se desgastam ou, em pacientes pediátricos, pois novas válvulas são necessárias para
combinar o tamanho da válvula com seus corpos em crescimento. As válvulas cardíacas mecânicas e
biológicas disponíveis são inerentemente incapazes de remodelar e crescer com a criança, dizem os
pesquisadores.
“Estamos comprometidos em resolver esses problemas, trazendo os mais recentes avanços
tecnológicos em impressão 3D para o próximo nível para a fabricação de válvulas cardíacas artificiais
com a capacidade de crescer e remodelar com o paciente, oferecendo uma abordagem regenerativa em
oposição a um implante permanente inerentemente incapaz de se adaptar”, disse Mela.
Em seu estudo publicado na revista Advanced Functional Materials, Mela, De-Juan-Pardo, e suas
equipes usaram uma técnica de impressão 3D chamada eletroescrita de fusão para criar implantes de
válvula cardíaca com heterogeneidade estrutural de inspiração biológica, potencialmente dotada da
capacidade de crescer com o paciente.
“A eletroescrita de chapa presta-se muito bem à engenharia de tecidos, pois nos permite organizar
requintadamente a deposição das fibras em padrões complexos”, disse De-Juan-Pardo. “Isso nos
permite imitar a orientação de alguns dos componentes estruturais vistos em tecidos moles, neste caso
a válvula cardíaca aórtica.”
Em contraste com a impressão 3D convencional, o eletroescrita de fusão combina um campo elétrico
aplicado, temperatura e pressão para criar um jato carregado de polímero fundido. Isso permite que os
pesquisadores depositem microfibras que são -1/10 da espessura de um cabelo humano com incrível
precisão em um padrão predefinido. “Isso resulta em andaimes com excelentes características”,
acrescentou Mela.
O desafio, diz a equipe, foi fabricar um andaime que é capaz de suportar as funções exigentes de uma
válvula cardíaca, ao mesmo tempo em que permanece poroso o suficiente para permitir que as próprias
células do paciente colonizem o andaime e prosperem.
“Na verdade, as propriedades estruturais sub-ótimas de andaimes fibrosos densos até o momento são
um grande problema que põe em risco o seu potencial clínico,” disse Mela. “Ao usar a extraordinária
precisão do esclarecimento da eletroescrita e uma plataforma digital personalizada, demonstramos uma
prova de conceito pioneira para uma construção completa de válvulas cardíacas pronta para uso que
poderia ser estendida para outras aplicações de engenharia de tecidos moles.”
A plataforma digital da equipe é projetada para fabricar padrões complexos que imitam as várias
estruturas de tecido observadas em toda a válvula cardíaca, que são então compostas com andaimes de
hidrogel microporosos. “Juntos, eles fornecem a integridade estrutural necessária para suportar as
exigentes condições de carga cardiovascular e a porosidade adequada para permitir a infiltração
celular”, acrescentou De-Juan-Pardo. “O resultado é uma construção de válvula cardíaca tubular única,
beneficiando-se de ambas as classes de andaimes.”
https://www.advancedsciencenews.com/nanoengineered-heartbeat-via-a-semi-conductive-hydrogel/
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Para testar as capacidades de suas válvulas cardíacas artificiais, os pesquisadores criaram um sistema
circulatório simulado e os sujeitaram à mesma pressão e vazões que uma válvula cardíaca natural
experimentaria. Os resultados foram promissores, demonstrando excelente desempenho sob uma série
de condições, satisfazendo os padrões da indústria.
Testes adicionais são necessários antes que as construções da válvula cardíaca possam ser usadas em
um ambiente clínico. Depois de garantir que o material seja durável o suficiente, ele será testado em
modelos animais em um ambiente pré-clínico. “Os principais desafios aqui serão entender e otimizar o
método de implantação, a análise da resposta biológica desencadeada pela válvula e sua funcionalidade
hemodinâmica por um tempo prolongado em animais de grande porte”, disse Mela. “Após estudos bem-
sucedidos em animais a longo prazo, estaríamos em posição de começar a nos preparar para os
primeiros ensaios clínicos em humanos antes de passar para o tratamento regular dos pacientes”.
Referência: Navid Toosi Saidy, et al., Spatially Heterogeneous Tubular Scaffolds for In Situ Heart Valve
Tissue Engineering Using Melt Electrowriting, Advanced Functional Materials (2022). DOI:
10.1002/adfm.202110716
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202110716