Fronteiras para Mentes Jovens

Resumo

Órgãos e tecidos do corpo humano são bastante resistentes ao desgaste diário a vida humana, mas eles ainda podem falhar por vários motivos. A medicina regenerativa é um campo que explora novas ferramentas para reparar e substituir órgãos e tecidos danificados. A medicina regenerativa inclui uma vasta gama de tratamentos; por exemplo, terapia com células-tronco e biomateriais. Biomateriais são materiais feitos para interagir com o corpo humano. Eles podem ser projetados com muitos materiais diferentes para diferentes aplicações e podem ser estruturalmente semelhantes ao órgão ou tecido que precisa ser reparado. O campo dos biomateriais está em constante evolução e à medida que continuamos a aprender mais sobre as interações dos biomateriais com o corpo em nível celular, mais e mais tratamentos biomateriais estão sendo desenvolvidos.

Biomateriais: Blocos de construção para reparo de tecidos

órgãos e tecidos do corpo humano têm funções muito específicas e complicadas. Nossas vidas dependem desses órgãos para funcionar corretamente e 24 horas por dia. No entanto, às vezes órgãos e tecidos são danificados e podem falhar, devido a doenças ou acidentes. Existem muitas terapias médicas que podem ajudar a tratar órgãos danificados, mas muitos ainda não têm a capacidade de reparar o órgão para que ele recupere a função completa. Por exemplo, os tratamentos atuais não melhoram realmente a função cardíaca após um ataque cardíaco.

a medicina regenerativa é um campo de pesquisa que fornece novas ferramentas para reparar órgãos com falha e substituir tecidos danificados . A medicina regenerativa usa algo chamado engenharia de tecidos para projetar novas estratégias para o reparo de órgãos e tecidos danificados. Engenharia de tecidos significa usar biologia, química e engenharia para fazer novos materiais que são compatíveis com o corpo humano e podem ser usados para consertar ou substituir órgãos e tecidos . Há uma vasta gama de terapias incluídas no campo da medicina regenerativa, com biomateriais sendo uma das ferramentas mais comumente usadas. Os biomateriais são como blocos de Construção Lego® e têm sido usados para reparar tecidos e órgãos, como coração, pele, córnea e sistema nervoso . Biomateriais são materiais destinados a serem inseridos no corpo para substituir ou reparar órgãos ou tecidos danificados. Os biomateriais geralmente têm propriedades especiais que permitem que eles estejam em contato com células, tecidos e órgãos humanos sem serem rejeitados pelo corpo. Bioengenharia é o nome do campo que cria e usa biomateriais para melhorar os tratamentos médicos atuais .

a Medicina Regenerativa também usa uma variedade de maneiras de aplicar suas terapias para que possam funcionar de forma eficaz. Regenerativa terapias podem incluir: (1) terapia celular utilizando células-tronco, que são células imaturas que podem, potencialmente, tornar-se ou produzir qualquer tipo de célula ou tecido necessário, (2) bioengenharia utilizando biomateriais, como temos descrito aqui, e (3) medicamentos e tratamentos de drogas . À medida que a medicina regenerativa muda, as formas como os tratamentos são aplicados também estão mudando, muitas vezes combinando métodos existentes ou tornando novos mais adequados para o tratamento. Biomateriais, Bioengenharia e medicina regenerativa estão atualmente liderando o caminho para novas terapias médicas, especialmente para reparar órgãos que antes pensavam ser irreparáveis.

a história dos biomateriais

os biomateriais melhoraram significativamente desde que foram desenvolvidos pela primeira vez e ainda estão mudando, à medida que os cientistas continuam a entender mais sobre doenças e como os biomateriais interagem com o corpo . Os biomateriais podem ser criados a partir de uma variedade de materiais, dependendo do que serão usados . Por exemplo, eles podem ser feitos de vários tipos de componentes naturais, como colágeno que é encontrado no corpo ou alginato que vem de algas marinhas, materiais sintéticos, como metal ou uma combinação . Os primeiros biomateriais não interagiram com o corpo humano, mas tinham propriedades físicas semelhantes aos órgãos danificados que estavam sendo usados para reparar ou substituir. Esses materiais eram frequentemente criados a partir de vários metais, cerâmicas ou substâncias, como borracha. Esses primeiros biomateriais eram comumente usados como próteses, que são partes artificiais do corpo, como uma perna ou um coração, mas tinham pouca combabilidade com o corpo, de modo que muitas vezes eram rejeitados. Esses primeiros materiais não poderiam interagir com o corpo em um nível celular, que é o que os biomateriais de hoje visam fazer. Avanços no desenvolvimento de novos biomateriais levaram materiais que podem interagir com o corpo para promover a cura e regeneração. Esses biomateriais mais recentes foram considerados bioativos, o que significa que poderiam interagir com o corpo e formar ligações químicas com os tecidos. Isso é visto em implantes de quadril que promovem o crescimento ósseo que permitem que uma camada de cálcio, chamada hidroxiapatita, cresça no implante. Os biomateriais mais novos, conhecidos como biomateriais de terceira geração, são feitos para interagir com o corpo e causar uma resposta específica das células do corpo. Os biomateriais de terceira geração também podem imitar a estrutura 3D natural do corpo e estimular a regeneração tecidual (re-crescimento) . Os cientistas melhoraram tremendamente os biomateriais e continuam a trabalhar neles, alterando as propriedades dos materiais para operar de forma mais eficaz nos corpos dos pacientes.

que forma os biomateriais tomam?Os biomateriais podem assumir muitas formas diferentes e ser feitos de muitos materiais diferentes. Idealmente, os biomateriais devem ter uma estrutura porosa, o que significa que eles têm pequenos orifícios que permitem que gases, líquidos e até células se movam através deles, semelhantes ao órgão ou tecido que pretendem curar. As células que ajudam na cura também podem ser carregadas nos pequenos poros do biomaterial . Desta forma, um biomaterial poroso pode ser usado para fornecer células a um tecido danificado. O biomaterial ajuda a manter as novas células no tecido onde são necessárias para promover a cura. Além disso, a estrutura porosa do biomaterial é muito parecida com a “matriz extracelular”, que é como o andaime que as células “seguram” no corpo . Os biomateriais podem ser usados por si mesmos como tratamento ou, como o exemplo acima, podem ser modificados para conter medicamentos ou células para ajudar a reparar tecidos danificados (Figura 1). Por exemplo, biomateriais podem ser usados para ajudar a curar e reparar o coração após um ataque cardíaco. Eles podem ser usados sozinhos ou podem conter células-tronco, que são células que têm a capacidade de se tornarem diferentes tipos de células, incluindo células cardíacas. Alguns biomateriais podem ser preparados para quebrar após a cura terminar . Biomateriais também podem ser feitos para liberar certos medicamentos que podem ajudar no processo de cicatrização . Desenvolvimentos futuros em biomateriais podem levar à produção de muitas novas terapias, incluindo órgãos artificiais. Isso eliminaria a longa lista de espera para transplantes de órgãos.

Figura 1-biomateriais para reparo de tecidos e órgãos.
  • Figura 1-biomateriais para reparo de tecidos e órgãos.
  • os biomateriais podem conter células (superior) ou ser usados por eles mesmos no paciente (inferior). Após algum tempo de cicatrização, ambos os tipos de biomateriais podem ajudar o tecido danificado a recuperar suas funções e propriedades saudáveis.

os biomateriais podem ajudar a curar órgãos não cicatrizantes

os órgãos falham por muitas razões diferentes, muitas vezes devido a uma combinação de fatores. O coração é um dos órgãos mais comuns a falhar e um dos mais difíceis de curar. Doença Cardiovascular (DCV) é um termo usado para doenças que afetam o coração e os vasos sanguíneos. Pacientes com DCV correm o risco de ter ataques cardíacos, o que pode causar danos significativos ao coração e à morte de células cardíacas . Esse dano leva à perda do músculo cardíaco, que é composto de células batendo chamadas “cardiomiócitos.”A perda de cardiomiócitos diminui a capacidade do coração de bombear sangue por todo o corpo . Costumávamos acreditar que os cardiomiócitos não eram capazes de se regenerar. No entanto, foi recentemente descoberto que os cardiomiócitos têm alguma capacidade de se regenerar . Enquanto ainda estamos aprendendo sobre as capacidades regenerativas do corpo humano, muitos órgãos, como o coração, demoram a cicatrizar, o que dificulta o tratamento de qualquer dano a esses órgãos. O transplante é uma opção para substituir um tecido ou órgão danificado. No entanto, há uma grave escassez de órgãos disponíveis para transplante. No Canadá, Cerca de cinco pacientes morrem todas as semanas à espera de um transplante de órgão . Como alternativa ao transplante de órgãos, a medicina regenerativa está se mostrando promissora como terapia para reparar o coração e outros órgãos de cura lenta, como mostrado na Figura 2.

Figura 2-medicina regenerativa para o coração.
  • Figura 2-medicina regenerativa para o coração.
  • como alternativas ao transplante cardíaco, as terapias regenerativas para o coração incluem terapia celular usando células-tronco adultas (canto superior esquerdo), biomateriais (canto superior direito) e intervenções farmacológicas (medicamentos) (parte inferior).

Mas Espere … Há Alguma Limitação?Embora os biomateriais mostrem muita promessa, eles ainda são uma terapia em desenvolvimento; todo o seu potencial ainda não foi explorado. Algumas limitações dos biomateriais têm a ver com a forma como eles interagem com o corpo do paciente. Por exemplo, enquanto os biomateriais são capazes de imitar o ambiente 3D do órgão ou tecido que estão reparando, os biomateriais ainda são diferentes do órgão real, e isso pode limitar a regeneração do tecido. Por exemplo, biomateriais colocados no coração devem ser capazes de se contrair com o coração batendo, ou podem causar batimentos cardíacos irregulares . Além disso, no passado, os biomateriais não permitiam que oxigênio suficiente fluísse pelo coração para mantê-lo saudável . Por último, até agora, os biomateriais só foram capazes de reparar uma área de cerca de um quarto do tamanho do coração, portanto, no caso de um grande ataque cardíaco que danifica mais o coração, eles não são tão úteis . À medida que os cientistas continuam a aprender sobre as causas subjacentes das doenças, eles serão capazes de desenvolver novos biomateriais para tratar mais doenças. Além disso, os próprios biomateriais ainda estão avançando, o que, esperamos, levará a materiais que possam tratar com sucesso uma ampla gama de doenças.

outras limitações dos biomateriais não são tanto físicas, mas envolvem questões da ética (valores e regras morais) e das leis em torno de seu uso. Existem preocupações éticas sobre o tipo de materiais usados e de onde eles vêm, por exemplo, é ético usar materiais retirados de humanos para fazer esses materiais?

em segundo lugar, regular biomateriais para garantir que sejam seguros para os pacientes pode ser difícil, porque existe uma gama tão ampla de biomateriais, feitos de diferentes componentes e usados para diferentes fins. Precisamos de melhores maneiras de garantir que essas novas terapias sejam eficazes na regeneração de órgãos e tecidos danificados, de uma forma que não prejudique o paciente.

conclusão

progressos significativos foram feitos no campo dos biomateriais e da medicina regenerativa, mas ainda há muitos avanços que podem ser feitos. A próxima geração de cientistas deve continuar a aprender e entender as interações entre o corpo humano e os biomateriais, a fim de desenvolver terapias novas e mais eficazes.

glossário

regeneração: re-crescer.

poroso: Pequenos orifícios para permitir a passagem de ar, líquidos e até células.

Declaração de conflito de interesses

os autores declaram que a pesquisa foi realizada na ausência de quaisquer relações comerciais ou financeiras que pudessem ser interpretadas como um potencial conflito de interesses.

agradecimentos

EA e ES agradecem a todos os estagiários que trabalharam em seus laboratórios que foram fundamentais para o desenvolvimento de novos materiais para reparo de órgãos e também contribuíram para entender melhor as interações célula-biomaterial subjacentes. Os autores também gostariam de agradecer o apoio das agências de financiamento Canadenses NSERC (EA), CIHR (EA e ES), bem como ao Instituto do coração da Universidade de Ottawa. CL agradece uma bolsa de Estudos da Rainha Elizabeth II por M.Sc.estudos.

Steinhauser, M. L., and Lee, R. T. 2011. Regeneração do coração. EMBO Mol. Med. 3:701–12. doi: 10.1002 / emmm.201100175

Chaudhuri, R., Ramachandran, M., Moharil, P., Harumalani, M., and Jaiswal, A. K. 2017. Biomateriais e células para engenharia de tecidos cardíacos: escolhas atuais. Madre. Ciência. Eng. C 79: 950-7. doi: 10.1016 / j. msec.2017.05.121

Bhat, S., e Kumar, A. 2013. Biomateriais e bioengenharia da saúde de amanhã. Biomatter 3:e24717. doi: 10.4161 / biom.24717

Canhão, B. 2013. Doença Cardiovascular: bioquímica ao comportamento. Natureza 493: S2-S3. doi: 10.1038 / 493s2a

doação de sangue, órgãos e tecidos: Canada.ca (2018). Disponível online em: https://www.canada.ca/en/public-health/services/healthy-living/blood-organ-tissue-donation.html#a32

Deixe uma resposta

O seu endereço de email não será publicado.