Novo estudo revela um método de impressão 3D que cria válvulas cardíacas em minutos

Sarah Motta e Christophe Chantre

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Pesquisadores da Universidade de Harvard desenvolveram uma válvula cardíaca sintética que pode ser produzida em menos de 10 minutos usando impressão 3D. Eles testaram o protótipo em ovelhas, que regulou com sucesso o fluxo sanguíneo por uma hora.

Quando as válvulas cardíacas são danificadas ou param de funcionar adequadamente devido a uma doença, o fluxo de sangue no corpo é interrompido. Isso pode levar a problemas como acidente vascular cerebral, arritmia e insuficiência cardíaca.

Assim, os médicos substituem as válvulas cardíacas danificadas por válvulas sintéticas. Todos os anos, mais de 100.000 pessoas são submetidas a operação de válvula cardíaca nos EUA.

Essas operações são caras; atualmente, as válvulas sintéticas levam meses para serem produzidas. Os pesquisadores afirmam que sua válvula impressa em 3D tem o potencial de superar esses dois desafios.

Além disso, ele pode se remodelar. Portanto, pode beneficiar pacientes (especialmente crianças com doença valvular pediátrica) que precisam se submeter a cirurgias valvulares repetidas, pois o tamanho do coração muda com a idade.

Sarah Motta, Michael Peters e Christophe Chantre

A válvula sintética proposta compreende uma rede semelhante a uma malha de nanofibras que se comporta como a matriz extracelular que suporta o crescimento de válvulas cardíacas naturais dentro do nosso corpo.

A fabricação dessas nanofibras é realizada usando fiação rotativa a jato focada (FRJS), uma tecnologia de fabricação aditiva que permite criar rapidamente andaimes de micro ou nanofibra com alinhamentos ajustáveis ​​em 3D.

Os pesquisadores primeiro criaram uma estrutura em forma de válvula cardíaca e depois usaram jatos de ar para empurrar um polímero líquido para dentro da estrutura. Isso levou ao desenvolvimento de uma malha de nanofibras sem falhas — a válvula resultante tem um andaime poroso onde as células podem surgir e crescer.

Kit Parker, autor sênior do estudo e professor de bioengenharia em Harvard, explicou ainda: "As células operam em escala nanométrica e a impressão 3D não pode chegar a esse nível, mas a rotação de jato rotativo focada pode colocar pistas espaciais em escala nanométrica em lá para que, quando as células rastejem para aquele andaime, elas se sintam como se estivessem em uma válvula cardíaca, não em um andaime sintético."

Os pesquisadores afirmam que, ao contrário das tecnologias existentes atualmente, que podem levar semanas ou meses para serem produzidas, eles podem girar uma válvula sintética completa em menos de 10 minutos usando o método mencionado acima.

Além disso, essas válvulas poderiam beneficiar crianças que sofrem de valvulopatias e precisam de cirurgias repetitivas em diferentes fases da vida.

"Infelizmente, as substituições de válvula cardíaca atuais não crescem junto com a criança. Nossas válvulas são fabricadas com fibras de polímero biodegradáveis ​​que permitem que as células do paciente se prendam e remodelem o andaime implantado, eventualmente construindo uma válvula nativa que pode crescer e viver com a criança por toda parte. suas vidas", observam os pesquisadores.

As válvulas cardíacas sintéticas são conhecidas por sua durabilidade vitalícia e capacidade de levar os pacientes a bilhões de ciclos de batimentos cardíacos. Os pesquisadores conduziram uma série de experimentos para testar se a válvula baseada em FRJS poderia funcionar em pé de igualdade com as soluções existentes.

Eles primeiro testaram a válvula com um duplicador de pulso (simulador de batimentos cardíacos). A válvula abriu, fechou, mudou e manteve sua forma com sucesso várias vezes durante o experimento.

Em seguida, eles cultivaram células cardíacas na válvula para ver se o material do andaime era seguro para promover o crescimento celular. Além disso, "as válvulas estão em contato direto com o sangue, por isso precisamos verificar se o material não causa trombose ou obstrução dos vasos sanguíneos", disse Sarah Motta, primeira autora e cientista translacional da Universidade de Zurique.

Depois de testar a elasticidade, resistência e segurança das válvulas, os pesquisadores queriam verificar se o protótipo da válvula funcionava em um mamífero.

O estudo sugere que o coração da ovelha é semelhante ao coração humano, e suas válvulas estão constantemente sob pressão devido ao metabolismo agressivo do cálcio do corpo, então os autores decidiram usar modelos de ovelhas.