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Dispositivo desenvolvido pelo CNPEM cultiva células em 3D, permite testes sob fluxo e recupera os modelos intactos para novas análises.
Um dispositivo microscópico desenvolvido por pesquisadores do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) permite cultivar modelos celulares tridimensionais, submetê-los a diferentes substâncias e, depois do experimento, retirar essas estruturas da plataforma sem destruí-las. A tecnologia foi concebida para tornar estudos de toxicidade mais representativos do funcionamento de organismos vivos e ampliar as alternativas ao uso de animais em pesquisa.
O trabalho foi publicado em julho na revista científica ACS Measurement Science Au e integra pesquisas do Centro de Pesquisa em Engenharia Molecular para Materiais Avançados (CEMol), sediado no CNPEM e financiado pela FAPESP como um Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão. A plataforma poderá futuramente atender estudos com medicamentos, novos materiais e contaminantes ambientais.
Dispositivo pode ser aberto depois que o experimento termina
Uma das características que diferencia a tecnologia é a possibilidade de desmontar a plataforma ao fim do ensaio. Em muitos sistemas microscópicos, recuperar uma estrutura celular cultivada no interior dos canais pode ser difícil, limitando o número de análises que podem ser feitas depois da exposição a determinada substância.
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No dispositivo criado no CNPEM, os modelos tridimensionais podem ser retirados preservados para uma etapa posterior de investigação. Isso permite, por exemplo, observar com mais detalhes quais alterações permaneceram nas células após o contato com um composto, em vez de restringir a pesquisa aos dados obtidos enquanto o ensaio ainda está acontecendo.
À Assessoria de Imprensa do CNPEM, Iris Renata Sousa Ribeiro, pesquisadora de pós-doutorado do Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano-CNPEM) e primeira autora do estudo, destacou justamente essa ampliação das possibilidades analíticas após o experimento.
Fluxo microscópico tenta reproduzir condições que células encontram no corpo
A plataforma trabalha com microfluídica, área que utiliza canais muito pequenos para controlar a movimentação de líquidos. Nesse ambiente, pesquisadores conseguem determinar com precisão como nutrientes, oxigênio e substâncias experimentais chegam até as células ao longo do teste.
O dispositivo mantém esse movimento de forma contínua, criando uma condição diferente daquela encontrada em culturas celulares estáticas. Nos tecidos vivos, moléculas e nutrientes estão constantemente sendo transportados pelo organismo; reproduzir parte dessa dinâmica em laboratório pode gerar respostas mais próximas das condições biológicas reais.
Esse aspecto é especialmente importante para estudos de toxicidade. A maneira como uma substância chega às células, permanece disponível e interage com o tecido pode alterar os efeitos observados durante um experimento.
Modelos em 3D oferecem outra leitura além das culturas planas
A técnica também modifica a própria organização das células estudadas. Culturas laboratoriais tradicionais costumam crescer sobre superfícies bidimensionais, enquanto os modelos utilizados na nova plataforma formam estruturas tridimensionais conhecidas como esferoides.
Nessas estruturas, as células estabelecem contatos em diferentes direções, condição mais próxima da arquitetura encontrada em tecidos. Por isso, o dispositivo pode ser empregado para investigar respostas a fármacos, nanomateriais e agentes potencialmente prejudiciais ao ambiente sem depender exclusivamente de culturas planas.
A plataforma é produzida em PDMS, um silicone transparente e biocompatível. O material também é maleável e possui custo relativamente baixo, características que favorecem a fabricação de sistemas microfluídicos destinados a experimentos repetidos.
Tecnologia foi pensada para chegar a laboratórios sem especialistas em microfluídica
Outro objetivo dos pesquisadores foi reduzir a barreira técnica para uso do sistema. A equipe estabeleceu um protocolo experimental padronizado para que grupos que não trabalham rotineiramente com microfluídica possam incorporar o dispositivo a ensaios celulares.
Segundo Ribeiro, a intenção foi criar um procedimento simples e reprodutível que pudesse ser adotado por profissionais de diferentes áreas. Essa padronização é importante porque tecnologias laboratoriais muito dependentes de especialistas podem permanecer restritas aos grupos que participaram diretamente de seu desenvolvimento.
A equipe trabalha para transformar a plataforma em infraestrutura disponível a pesquisadores externos até o início do próximo ano. Universidades, institutos de pesquisa e empresas estão entre os públicos que poderão utilizar o recurso.
Dispositivo poderá atender pesquisas com objetivos bastante diferentes
A abertura da infraestrutura deve permitir que o mesmo sistema seja aplicado a perguntas científicas distintas. Em vez de funcionar apenas como uma plataforma voltada a um único tipo de teste, o projeto foi concebido para receber estudos em várias áreas.
Entre as possibilidades de utilização previstas estão:
- ecotoxicologia, avaliando como poluentes e outras substâncias podem afetar sistemas celulares;
- farmacologia, investigando respostas e toxicidade de candidatos a medicamentos;
- ciência dos materiais, examinando a interação entre novos materiais e células;
- nanotecnologia, acompanhando os efeitos biológicos produzidos por estruturas em escala nanométrica;
- biotecnologia, desenvolvendo ensaios celulares que dependam de condições controladas de fluxo.
A lista mostra como a mesma infraestrutura pode atender questões diferentes sem alterar seu princípio central: manter células organizadas em três dimensões enquanto o ambiente ao redor é controlado em escala microscópica.
Recuperar as células pode revelar o que aconteceu depois da exposição
O ganho científico não termina quando o fluxo é interrompido. Ao retirar os esferoides intactos, pesquisadores podem submetê-los a técnicas complementares e investigar mecanismos que não seriam visíveis apenas durante a exposição inicial.
Esse desenho amplia o valor experimental de cada ensaio e pode ajudar a entender não somente se uma substância produz efeito tóxico, mas também como essa alteração se desenvolve dentro do modelo celular.
O estudo recebeu apoio da FAPESP por diferentes projetos de pesquisa e integra o esforço do CEMol para desenvolver ferramentas voltadas a materiais avançados e sistemas biológicos. Com a futura abertura da plataforma a usuários externos, o CNPEM pretende levar o dispositivo além do laboratório onde foi desenvolvido e transformá-lo em uma ferramenta compartilhada para testes mais controlados, reprodutíveis e próximos das condições encontradas em organismos vivos.
