Impressão 3D com ultrassom cria objetos dentro de seres vivos

Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/05/2025

Esquema da plataforma de impressão 3D dentro de seres vivos - a técnica foi batizada de DISP, sigla em inglês para impressão sônica in vivo em tecidos profundos.
[Imagem: Elham Davoodi et al. - 10.1126/science.adt0293]

Impressão 3D com som

A impressão 3D não tem mais nada a provar, com a manufatura aditiva espalhando-se por quase todas as áreas de aplicação.

Mas ela insiste em desenvolver novos talentos, e uma nova tecnologia ultrassônica promete agora nada menos do que imprimir dispositivos médicos dentro do corpo humano - até mesmo dentro do coração.

Elham Davoodi e colegas do Instituto de Tecnologia da Califórnia desenvolveram um método para impressão 3D de polímeros em locais específicos nas profundezas dos seres vivos.

A técnica utiliza o som para localização e já foi testada imprimindo cápsulas de polímero para administração seletiva de fármacos, bem como polímeros com propriedades adesivas para selar ferimentos internos.

Testes anteriores desse conceito haviam usado luz infravermelha para disparar a polimerização - a conexão entre as unidades básicas (monômeros) que fazem o polímero curar, ou endurecer - mas a radiação infravermelha tem uma penetração muito baixa nos tecidos biológicos, pouco indo além da pele.

"Nossa nova técnica alcança o tecido profundo e pode imprimir uma variedade de materiais para uma ampla gama de aplicações, tudo isso mantendo excelente biocompatibilidade," disse o professor Wei Gao.

Equipamento usado para a bioimpressão 3D in vivo.
[Imagem: Elham Davoodi et al. - 10.1126/science.adt0293]

Bioimpressão 3D in vivo

A técnica combina ultrassom com lipossomas sensíveis a baixas temperaturas. Esses lipossomas, vesículas esféricas semelhantes a células com camadas protetoras de gordura, são frequentemente usados para administração de fármacos.

Para testar a bioimpressão 3D, os pesquisadores carregaram os lipossomas com um agente de reticulação e os incorporaram em uma solução polimérica contendo os monômeros do polímero que desejavam imprimir, um agente de contraste de imagem para mostrar quando a reticulação ocorreu e a carga útil - que pode ser um fármaco terapêutico, por exemplo.

Também é possível incluir componentes adicionais, como células e materiais condutores, como nanotubos de carbono ou de prata. A biotinta resultante é então injetada diretamente no corpo.

As partículas de lipossomas são sensíveis a baixas temperaturas, o que significa que, ao usar ultrassom focalizado para elevar a temperatura de uma pequena região-alvo em cerca de 5 graus Celsius, desencadeia-se a liberação da carga útil, o que inicia a impressão dos polímeros.

"Aumentar a temperatura em alguns graus Celsius é suficiente para que a partícula de lipossomas libere nossos agentes de reticulação," disse Gao. "O local onde os agentes são liberados é onde ocorrerá a polimerização, ou impressão localizada."

Algumas estruturas de polímero de hidrogel impressas com a técnica de impressão sônica in vivo (esquerda) e lipossomas sensíveis a baixas temperaturas carregados com um agente de reticulação (direita).
[Imagem: Elham Davoodi et al. - 10.1126/science.adt0293]

Tratamento do câncer

Para demonstração do potencial da nova técnica, a equipe usou vesículas gasosas derivadas de bactérias como agente de contraste para imagens. As vesículas, cápsulas de proteína cheias de ar, aparecem intensamente nas imagens de ultrassom e são sensíveis às mudanças químicas que ocorrem quando a solução de monômero líquido se reticula para formar uma rede de gel.

Após a transformação do material, as vesículas alteram o contraste, o que é detectado por imagens de ultrassom, permitindo identificar facilmente quando e precisamente onde ocorreu a reticulação da polimerização. Isto torna possível ajustar o processo e personalizar os padrões impressos dentro dos animais vivos.

Quando a equipe usou a plataforma para imprimir polímeros carregados com doxorrubicina, um medicamento quimioterápico, perto de um tumor de bexiga em camundongos, a taxa de morte de células tumorais foi substancialmente maior por vários dias, em comparação aos animais que receberam o medicamento por meio de injeção direta de soluções medicamentosas.

"Já demonstramos em um animal pequeno que podemos imprimir hidrogéis contendo fármacos para tratamento de tumores," disse Gao. "Nosso próximo passo será tentar imprimir em um modelo animal maior e, com sorte, em um futuro próximo, poderemos avaliar isso em humanos."

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