Cientistas agora podem imprimir tecidos em 3D diretamente dentro do corpo — sem necessidade de cirurgia.

Nossos corpos estão em constante degradação. Com o tempo, seus mecanismos de reparo também falham. A cartilagem do joelho se desgasta. As articulações do quadril não suportam mais peso. Tratamentos para câncer de mama e outros problemas de saúde exigem a remoção cirúrgica. Como o corpo não consegue regenerar esses tecidos, a reconstrução com biomateriais costuma ser a única solução.

Tradicionalmente, esse tipo de restauração envolve implantes mamários ou de articulações do quadril de tamanho único. Mais recentemente, tecidos bioimpressos em 3D começaram a ser personalizados para cada paciente. No entanto, esses tecidos artificiais são impressos fora do corpo e ainda exigem cirurgias adicionais para serem implantados, aumentando as chances de cicatrizes, inflamação ou infecção, além de aumentar o tempo de cicatrização.

Este mês, uma equipe do Instituto de Tecnologia da Califórnia revelou um sistema para imprimir tecidos em 3D dentro do corpo — sem necessidade de cirurgia. Chamado de impressão sonora in vivo em tecidos profundos (DISP), o sistema utiliza uma biotinta injetável que é líquida à temperatura corporal, mas se solidifica em estruturas quando exposta a ultrassom. Uma molécula de monitoramento, também sensível ao ultrassom, rastreia a impressão do tecido em tempo real. O excesso de biotinta é decomposto com segurança pelo corpo.

Em testes, a equipe imprimiu tecidos em 3D dentro do estômago de um coelho e da bexiga de um camundongo. Eles também adicionaram nanopartículas condutoras para criar biossensores macios e depósitos de medicamentos — anticâncer ou antibacterianos — que liberavam suas cargas úteis quando atingidos por ultrassom.

"Este trabalho realmente expandiu o escopo da impressão baseada em ultrassom e demonstrou sua capacidade translacional", disse Yu Shrike Zhang, da Escola Médica de Harvard, que não participou da pesquisa, ao IEEE Spectrum . "É bastante empolgante."

Da Luz ao Som

Graças à sua versatilidade, a impressão 3D cativou a imaginação dos bioengenheiros. A tecnologia pode ser usada para criar tecidos biológicos artificiais, órgãos ou dispositivos médicos.

As bioimpressoras geralmente depositam uma camada de cada vez. Cada camada é solidificada com luz e, em seguida, a próxima camada é aplicada sobre ela. Esse processo camada por camada leva tempo. Mais recentemente, um método aprimorado chamado impressão volumétrica solidifica estruturas 3D com um único jato de luz cuidadosamente ajustado. A abordagem é mais rápida, mas também limitada pela profundidade de penetração da luz nos tecidos.

A luz infravermelha, por exemplo, pode moldar implantes sob uma fina camada de pele e músculo, escreveu Xiao Kuang, da Universidade de Wisconsin-Madison, que não participou do estudo, na Science . Mas a luz diminui e se dispersa à medida que penetra no corpo. Isso limita a "impressão direta de implantes sob tecidos com milímetros de espessura" — ou pouco abaixo da pele.

O ultrassom, mais conhecido por seu uso no monitoramento de gestações, tem uma vantagem nesse aspecto. Ele pode atingir órgãos profundamente — quase 20 centímetros — sem danificá-los. Cientistas têm explorado o ultrassom focalizado, que emite uma determinada frequência de ondas sonoras em direção a um tecido, como forma de monitorar a atividade cerebral e muscular.

O ultrassom também pode desencadear reações químicas. Em 2023, Zhang e colegas desenvolveram uma mistura molecular chamada "sono-ink", que se solidifica quando irradiada com uma frequência específica de ondas sonoras. A equipe imprimiu em 3D diversas formas dentro de barriga de porco, fígado e rins isolados, e corrigiu danos teciduais em um coração de cabra.

Mas a tinta era sensível ao estresse e a outras perturbações no corpo, resultando em impressão mais lenta e baixa resolução. As ondas sonoras também geram calor, o que endureceu parte da sono-tinta antes que ela formasse as estruturas pretendidas. Além disso, outras moléculas na tinta e picos de calor locais nos tecidos aumentaram o risco de biocompatibilidade.

“A impressão 3D por ultrassom dentro de um corpo é mais desafiadora do que parece”, escreveu Kuang.

Uma Nova Tinta

O novo sistema conta com sono-ink atualizado.

A tinta possui múltiplos componentes combinados em uma única mistura. Primeiro, cadeias de moléculas que normalmente flutuam livremente, mas se prendem umas às outras quando recebem um sinal molecular. Estas são acompanhadas por bolhas de gordura preenchidas com moléculas aglutinantes — o sinal molecular — que liberam suas cargas úteis quando expostas ao ultrassom. Um último componente encapsulado inclui múltiplos produtos químicos que espalham ondas sonoras e se iluminam quando determinadas ondas sonoras incidem. Isso ajuda a equipe a visualizar a localização da tinta e determinar se ela formou a estrutura desejada.

A nova configuração “evitou reações químicas prematuras à temperatura corporal e proporcionou melhor controle do processo de impressão”, escreveu Kuang.

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