A importância das técnicas de impressão tridimensional tem aumentado na área médica. Várias aplicações são agora usadas rotineiramente em cirurgia facial, incluindo modelos anatômicos impressos usados ​​para ensino e planejamento de cirurgia e impressão industrial de objetos de metal para permitir a prototipagem de placas e guias cirúrgicos personalizados.

A bioimpressão tridimensional é a combinação de impressão 3D e engenharia de tecidos. O potencial interesse terapêutico neste tipo de impressão pode mudar a face da cirurgia reconstrutiva, aumentando a precisão e eliminando a necessidade de um local doador ou tratamentos imunossupressores.

Com isso, Sigaux e colaboradores (2019) descreveram os princípios da bioimpressão, suas principais limitações atuais e o potencial excitante dessa técnica.

Uma pesquisa bibliográfica detalhada no banco de dados PubMed/MEDLINE de todas as publicações em inglês até maio de 2018 foi realizada. Os termos de pesquisa usados ​​foram "bioprinting AND facial surgery", "bioprinting AND reconstrutive surgery", "bioprinting AND regenerative medicine''.

Os resumos foram revisados ​​e publicações relevantes foram incluídas. Referências complementares foram selecionadas das bibliografias dos artigos incluídos. Esta revisão foi baseada em um total de 40 publicações.

> Princípios da engenharia de tecidos

A engenharia de tecidos é um ramo da medicina regenerativa. O objetivo desta disciplina é usar células do próprio paciente para criar um enxerto autólogo.

Os três pilares da engenharia de tecidos são células, andaimes e sinais (fatores de crescimento). O sucesso da cultura de tecidos in vitro é julgado pela auto-síntese da matriz e pela multiplicação das células.

Houve um grande avanço nas técnicas de engenharia de tecidos no campo dos substitutos da pele. Hoje, os substitutos da pele são obtidos in vitro a partir da cultura de queratinócitos, obtida a partir de uma pequena biópsia de pele. Após 4 a 6 semanas de cultura, as folhas epidérmicas autólogas podem ser enxertadas. Isso mudou o tratamento de queimaduras prolongadas graves.

Infelizmente, este tipo de substituto in vitro não está disponível para outros tecidos. Por exemplo, no campo da reconstrução óssea, os enxertos autólogos de espessura total (osso cortical ou esponjoso) são colhidos diretamente do paciente.

Xenoenxertos e biomateriais sintéticos podem ser adequados para pequenos defeitos ósseos. No entanto, os enxertos autólogos ainda são considerados o padrão ouro para defeitos médios ou grandes, responsáveis ​​pela morbidade na área doadora.

> Princípios da bioimpressão

A bioimpressão tridimensional é o uso de técnicas de impressão 3D para engenharia de tecidos. Murphy e Atala descreveram a bioimpressão 3D como “posicionamento preciso camada por camada de materiais biológicos, bioquímicos e de células vivas, com controle espacial da colocação de componentes funcionais (matriz extracelular, células e microvasos pré-organizados) para fabricar estruturas 3D.”

As impressoras 3D clássicas estão adaptadas para receber tintas celulares. Elas são compostas de células diferenciadas ou células-tronco. Eles são integrados a um biomaterial fluido (polímeros sintéticos ou naturais) para formar o que é chamado de biotinta.

Uma vez impresso, o processo de impressão é semelhante à impressão 3D clássica-, o objeto final é mantido em condições específicas dentro de uma incubadora e passará por uma etapa de maturação que consiste na adição regular de fatores de crescimento e fornecimento diário de meio de cultura. Alguns autores descreveram o tempo como uma quarta dimensão, levando ao termo bioimpressão 4D.

O sucesso do processo é julgado pela sobrevivência das células e sua capacidade de sintetizar sua matriz extracelular. O maior controle da microarquitetura é o principal interesse da bioimpressão em comparação com a engenharia de tecidos clássica.

Em amostras bioimpressas, células e partículas estão espalhadas em uma distribuição uniforme, enquanto o arranjo clássico leva ao acúmulo de células e partículas no fundo da amostra devido à gravidade.

> O que tem de mais recente

Vários laboratórios têm trabalhado no desenvolvimento da bioimpressão 3D. Todos os tipos celulares (células diferenciadas e células-tronco) foram testados. Um número muito alto de biotintas foi testado, geralmente misturando biomateriais reabsorvíveis e não reabsorvíveis.

Sinais intercelulares, como fatores de crescimento específicos (proteína morfogenética óssea ou fator de crescimento endotelial vascular, por exemplo) podem ser adicionados durante a preparação do bio-stain.

Os resultados in vitro mais promissores dizem respeito à impressão de tecidos cutâneos. A pele impressa em espessura total é obtida após 21 dias de maturação usando fibroblastos e queratinócitos, enquanto a engenharia de tecidos tradicional levou 45 dias.

Os primeiros estudos em animais já foram liberados para diversos tipos de aplicações. Owens e colaboradores bioimprimiram um enxerto de nervo sintético composto de tubos de células de Schwann e células-tronco da medula óssea posteriormente implantados em ratos para reparo do nervo ciático. Testes eletrofisiológicos motores e sensitivos, bem como achados histológicos, mostraram resultados semelhantes aos enxertos autólogos.

Até o momento, considerando as limitações técnicas para impressão de construção em larga escala, nenhum estudo humano foi realizado.

> Limites

Os autores comentaram que uma das principais limitações da bioimpressão é a falta de consenso devido ao grande número de parâmetros envolvidos. Existem tantas opções na composição da biotinta (células e biomateriais), condições de impressão (tipo de impressora, temperatura, taxa de oxigênio, taxa de deposição) e procedimento de maturação (sinais e biorreatores) que definir um padrão ouro para cada tecido é uma tarefa muito árdua tarefa.

A vascularização dos tecidos impressos é outro desafio. O resultado geral dos implantes de tecidos modificados depende do sucesso da formação, maturação e engenharia dos microvasos. No entanto, a integração de uma rede vascular completa (de grandes vasos a capilares) em tecidos estampados ainda é impossível com as técnicas atuais.

> Perspectivas

Segundo os autores, uma vez superado o limite da vascularização, a impressão de órgãos e tecidos de qualquer tamanho poderia ser possível, abrindo portas para uma medicina personalizada.

Duas aplicações principais são visadas: modelos de células e tecidos in vitro e construções de engenharia de tecidos para implantação in vivo. Modelos de tecidos patológicos também podem ser impressos para testar a eficácia de medicamentos específicos.

A impressão de grandes modelos funcionais seria de grande ajuda para o ensino da cirurgia. Como a simulação em modelos sintéticos está sendo integrada à educação médica e cirúrgica, o treinamento em modelos funcionais vivos permitiria trabalhar em condições muito próximas da realidade.

Acima de tudo, a cirurgia reconstrutiva seria altamente otimizada com tecidos compostos impressos. Em vez de coletar um grande retalho, seria necessária apenas uma pequena biópsia de cada tipo de célula, com grande melhora na morbidade do local doador.

Após misturar as células dos pacientes e os biomateriais, será impresso o retalho livre autólogo, que inclui uma rede vascular conectada ao pedículo vascular principal que é colocado sob demanda.

Dessa forma, poderíamos imaginar um tratamento em 2 etapas para pacientes que aguardam um procedimento de reconstrução. Em uma primeira consulta de 1 dia, o paciente faria múltiplas biópsias sob anestesia local e teria uma imagem basal.

A aba livre personalizada pode ser impressa e colocada em um biorreator. Algumas semanas depois, uma vez que o retalho esteja funcional, a cirurgia pode ser realizada para implantar o retalho livre.

Da mesma forma, órgãos autólogos poderiam ser impressos, sem a necessidade de esperar por um doador e sem indicação de medicação imunossupressora. Também poria fim ao comércio ilegal de órgãos humanos.

Na situação específica do transplante facial, isso seria de grande benefício para resolver o problema de identidade criando um enxerto semelhante ao rosto original.

Os autores afirmaram que, uma vez resolvida a atual limitação técnica da vascularização para possibilitar a "impressão de órgãos" para uso médico, podem surgir questões regulatórias e sócio-éticas. Esses desafios legais e sócio-éticos devem ser antecipados para tirar o melhor proveito da bioimpressão.