Impressão 3D por ultrassom dentro do corpo pode levar fármacos e reparar tecidos

Pesquisadores nos Estados Unidos desenvolveram uma forma de fazer impressão 3D de materiais dentro do corpo com ultrassom. Ensaios em camundongos e coelhos indicam que a técnica pode levar medicamentos contra cancro diretamente a órgãos e também ajudar a reparar tecidos lesionados.

Batizada de impressão sonora in vivo em tecido profundo (DISP, na sigla em inglês), a abordagem começa com a injeção de uma bio-tinta específica. A composição pode mudar conforme a função pretendida no organismo, mas há componentes indispensáveis: cadeias de polímeros e agentes de ligação cruzada, que se unem para montar uma estrutura de hidrogel.

Como funciona a técnica DISP de impressão 3D por ultrassom

Para impedir que o hidrogel se forme imediatamente após a injeção, os agentes de ligação cruzada ficam “trancados” dentro de partículas à base de lípidos chamadas lipossomas. Essas partículas têm uma camada externa projetada para começar a vazar quando aquecida a 41,7 °C (107,1 °F) - apenas alguns graus acima da temperatura corporal.

A equipa, liderada por cientistas do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), aplicou um feixe de ultrassom focalizado para aquecer os lipossomas e abrir poros na sua membrana. Com isso, os agentes de ligação cruzada são liberados e o hidrogel se forma ali mesmo, no interior do corpo.

Embora trabalhos anteriores tenham usado luz infravermelha como gatilho para imprimir hidrogéis internamente, desta vez o ultrassom foi escolhido por conseguir ativar bio-tintas injetadas mais fundo, chegando a músculos e órgãos.

"A penetração do infravermelho é muito limitada. Ele só chega logo abaixo da pele", afirma Wei Gao, engenheiro biomédico do Caltech. "A nossa nova técnica alcança o tecido profundo e consegue imprimir uma variedade de materiais para uma ampla gama de aplicações, tudo isso mantendo excelente biocompatibilidade."

Com o controlo preciso do feixe de ultrassom, a equipa conseguiu imprimir formas complexas em 3D, como estrelas e gotas.

Resultados em camundongos e coelhos com o hidrogel

Apesar de soar como uma novidade curiosa de modificação corporal, o DISP vai bem além disso: testes em animais com diferentes versões do hidrogel sugerem que ele pode substituir ou reparar tecido danificado, transportar fármacos, ou até acompanhar sinais elétricos em exames como a eletrocardiografia.

Para confirmar visualmente quando o processo estava a ocorrer como esperado, os investigadores recorreram a pequenas vesículas de gás como agente de contraste para imagem.

Essas vesículas alteram o contraste quando são expostas às reações químicas associadas à ligação cruzada dos polímeros. O ultrassom capta esses sinais e, assim, confirma que a reação de formação do hidrogel realmente aconteceu.

Em coelhos, os cientistas imprimiram porções de tecido artificial a profundidades de até 4 centímetros abaixo da pele. Isso pode contribuir para acelerar a cicatrização de feridas e lesões - sobretudo se células forem incorporadas à bio-tinta antes da aplicação.

Em testes com culturas celulares 3D de cancro da bexiga, a equipa aplicou uma versão da bio-tinta carregada com o quimioterápico doxorrubicina. Ao solidificá-la em hidrogel pelo método DISP, o medicamento foi liberado de forma gradual ao longo de alguns dias. O resultado foi uma morte significativamente maior de células cancerígenas do que a obtida com a injeção convencional do fármaco.

A inclusão de outros ingredientes na bio-tinta pode ampliar ainda mais as possibilidades do DISP. Os investigadores também produziram bio-tintas condutoras com nanotubos de carbono e nanofios de prata, que poderiam servir em sensores implantáveis para temperatura ou para captar sinais elétricos do coração ou dos músculos.

De forma relevante, a equipa relata que não foi detetada toxicidade do hidrogel e que o líquido remanescente da bio-tinta é eliminado naturalmente pelo organismo em até sete dias.

Próximos passos rumo a aplicações em humanos

Naturalmente, ainda existe um grande salto entre resultados em animais e a avaliação em pessoas, mas a perspetiva de imprimir dispositivos biomédicos em 3D diretamente dentro do corpo chama a atenção.

"O nosso próximo estágio é tentar imprimir num modelo animal maior e, esperamos, num futuro próximo, conseguir avaliar isto em humanos", diz Gao. "No futuro, com a ajuda da IA, gostaríamos de conseguir acionar de forma autónoma uma impressão de alta precisão dentro de um órgão em movimento, como um coração a bater."

O estudo foi publicado na revista Science.