As duas instituições trabalham juntas desde 2021 na troca de conhecimentos para desenvolvimento conjuntos de aplicações tridimensionais para cultivo in vitro de células. Nos laboratórios do CNPEM e 3DBS foram desenvolvidos modelos de biofabricação de esferóides de fígado, barreira intestinal e pele que, após licenciamento, passam a ser usados pela startup.

O CNPEM reúne equipes multitemáticas altamente especializadas, infraestruturas laboratoriais globalmente competitivas e abertas à comunidade científica, linhas estratégicas de investigação, projetos inovadores em parceria com o setor produtivo e formação de investigadores e estudantes.

Dessa parceria saem insumos que são utilizados em diversos trabalhos de pesquisa, como avaliação de toxicidade, eficácia e a segurança de produtos desenvolvidos pelo setor.  A maior disponibilidade de tecidos desse tipo no mercado e em laboratórios tem o potencial de contribuir para acelerar as pesquisas, tornando mais objetivas algumas etapas do trabalho. O aprimoramento de metodologias busca reduzir significativamente o uso de modelos animais nos testes.

Respeito à vida animal

Inspirados nas estruturas da natureza, o que se pretende é a reconstrução de tecidos e órgãos biomiméticos que atuem como tecidos nativos, funcionando como modelos alternativos de pele bioimpressa para substituir cobaias animais, provendo a necessidade de testes de avaliação de segurança e eficácia de produtos tópicos como cosméticos e medicamentos.

O grande desafio da indústria farmacêutica e cosmética é encontrar alternativas e soluções para os testes pré-clínicos de drogas e formulações antes de serem lançados ao mercado sem a utilização de vida animal nesse processo. A utilização de modelos animais é cada vez mais contraditória, uma vez que esses ensaios lidam com questões éticas, além de custo elevado e relevância para a avaliação de risco humano.

Somado a isso, há uma ideia crescente de que abordagens in vitro podem eliminar esses problemas sem prejuízos à segurança humana, devido aos padrões de repetibilidade que as bioimpressoras permitem alcançar.

Bioimpressão de tecidos vivos

A bioimpressão 3D é uma esperança para a medicina regenerativa porque é possível que na próxima década seja possível tecidos impressos a cirurgiões que atendam a demandas específicas da saúde, como por exemplo tecidos da pele, cartilaginosos, ósseos, a enxertos vasculares e órgãos mais complexos.

A flexibilidade da nossa tecnologia de bioimpressão possibilita utilizar uma ampla variedade de células e de materiais, permitindo construir tecidos a partir de células alogênicas, que não são do paciente ou de células autógenas, do próprio paciente, reduzindo assim, rejeições e a necessidade de drogas imunossupressoras.

Centro de Pesquisa em Energia e Materiais

O CNPEM é um ambiente impulsionado pela pesquisa de soluções com impacto nas áreas de Saúde, Energia e Materiais Renováveis, Agroambiental, Tecnologias Quânticas. Por meio da plataforma CNPEM 360 é possível explorar, de forma virtual e imersiva, ambientes de todos os laboratórios instalados em Campinas (SP) e também obter informações sobre trabalhos realizados e recursos disponibilizados para a comunidade científica e empresas. A partir de 2022, com o apoio do Ministério da Educação (MEC), o CNPEM expandiu suas atividades com a abertura da Ilum Escola de Ciência. O curso superior interdisciplinar em Ciência, Tecnologia e Inovação adota propostas inovadoras com o objetivo de oferecer formação de excelência, gratuita, em período integral e com imersão no ambiente de pesquisa do Centro.

O laboratório de Cultura 3D e microfluídica do CNPEM, instalado no Laboratório Nacional de Biociências (LNBio), é uma das três infraestruturas centrais da RENAMA (Rede Nacional de Métodos Alternativos ao uso de animais), que tem entre seus objetivos substituir os métodos existentes por outros que sejam igualmente ou mais eficientes e refinar os métodos já consagrados para que se reduza o impacto das pesquisas no uso de animais. Outra área na qual este laboratório está se inserindo é a da medicina regenerativa e engenharia de tecidos, através da utilização dos modelos e materiais bioimpressos que poderão ter propriedades terapêuticas.

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Pensando nisso, um grupo de cientistas (leia o artigo original aqui) imprimiu uma matriz transistora elástica, utilizando uma impressora jato de tinta (aquelas que a gente tem em casa) pra imprimir, um arquivo digital (tipo uma imagem em .JPEG) e uma solução de polímeros condutores de eletricidade, o PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylene-dioxythiophene)-poly(styrenesulfonate)) e o PVDF-HFP (poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene, e nanotubos de carbonos como tinta. Tudo isso solubilizado em água ou tolueno. Oi? Não entendeu nada? Então vamos lá!

Primeiramente, o que é um transistor? É um dispositivo, feito de material semi-condutor (condutor de eletricidade), que serve pra amplificar (aumentar) ou trocar sinais eletrônicos. Ele é necessário em todos os dispositivos eletrônicos que utilizamos hoje.

E esse papo de nanotubos de carbono? Nanotubos de carbono são um material formado por grafeno (uma das formas cristalinas do carbono/material muuuito fino) enrolado como se fosse uma folha de papel, só que com a espessura de apenas um átomo de carbono.

Mas ninguém nunca fez um transistor elástico? Até fizeram, mas essa galera foi a primeira a fazer um transistor inteiro, completo, usando essa técnica de impressão (jato de tinta). Nos estudos semelhantes, apenas uma ou poucas camadas foram feitas por impressão.

Várias técnicas podem ser utilizadas pra imprimir os transistores, como “spin coating” (revestimento por rotação), fotolitografia, “shadow mask” (máscara de sombra), e evaporação. O problema dessas técnicas é a produção apenas de áreas pequenas e também o uso de processos muito complicados. Uma das grandes vantagens de usar essas impressoras é que é um método simples, barato e escalável (fácil de aumentar a produção pra grandes quantidades).

Cada transistor que eles imprimiram tinha 2 mm² de área superficial, o que é tipo o tamanho de uma formiga inteira. Os transistores foram estáveis em condições ambientes, apresentaram boa mobilidade (até 30 cm²V^–1s^-1) e foram capazes de operar em ultra-baixa voltagem, o que significa que eles podem ser utilizados em conjunto com baterias pequenas ou “energy haverting” (colheita de energia – energia capturada de fontes externas, como a solar).

Transistor elástico impresso (imagem adaptada do artigo)

Os transistores produzidos foram capazes de manter o contato elétrico mesmo sob tensão mecânica, com alta estabilidade térmica e alta mobilidade, esticando 20 – 30 %, o que seria o suficiente para usar na pele humana. Sucesso! Eles apresentaram excelente performance elétrica em condições ambientes. O objetivo do grupo agora é melhorar ainda mais a resistência deles quando esticados.

No futuro, eles podem ser usados como sensores pra monitorar sinais fisiológicos como pressão arterial, temperatura, níveis de metabólitos no sague, etc. Outra possível aplicação seria aumentar a sensibilidade de robôs.  Também dá pra usar “electronic skins” para a interação homem/robôs. Nesse vídeo é possível ver o uso de um desses dispositivos para mover um braço eletrônico (https://www.youtube.com/watch?v=NCOwWEMEQN8 – o método de fabricação utilizado nesse vídeo é diferente do descrito nesse post).

*Curiosidade: esses transistores foram capazes de imitar/mimetizar o comportamento sináptico dos neurônios (o que deixa eles ainda mais interessantes como interface cérebro-máquina, em eletrônicos vestíveis), com migração de íons pra interface dielétrica e transmissão de sinais de baixa voltagem (-80 mV por 20 ms, produzindo uma corrente de ~50 nA) seguido de rápido relaxamento (300ms) e volta pro estágio de equilíbrio inicial.

• Quem quiser ver o esquema completo, com todas as etapas de produção do transistor, pode consultar o artigo.

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