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Cientistas avançam no desenvolvimento de um coração artificial feito para humanos

Pesquisadores da Universidade de Harvard, mas especificamente da John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), desenvolveram o primeiro modelo biohíbrido de ventrículos humanos e publicaram seus resultados na revista Science

Há muito tempo cientistas do mundo inteiro vêm buscando reproduzir a funcionalidade cardíaca em modelos artificiais. No entanto, para construir um coração humano do zero, é necessário replicar as estruturas únicas que compõem o coração, o que inclui a recriação de geometrias helicoidais, que criam um movimento de torção à medida que o coração bate. 

Os bioengenheiros de Harvard conseguiram criar cardiomiócitos de batimento helicoidal e mostraram que o alinhamento muscular, de fato, aumenta drasticamente a quantidade de sangue que o ventrículo pode bombear a cada contração.

Esse avanço foi possível usando um novo método têxtil, o Focused Rotary Jet Spinning (FRJS), que possibilitou a fabricação de fibras alinhadas de maneira helicoidal com diâmetros que variam de vários micrômetros a centenas de nanômetros. Estas fibras FRJS direcionam o alinhamento celular, permitindo a formação de estruturas controladas por engenharia de tecidos.

A primeira parte do FRJS funciona como uma máquina de algodão doce - uma solução de polímero líquido é carregada em um reservatório e empurrada para fora através de uma pequena abertura por força centrífuga enquanto o dispositivo gira. À medida em que o polímero deixa o reservatório, o solvente evapora e os polímeros formam fibras ao se solidificarem. 

Em seguida, uma corrente de ar focada controla a orientação da fibra à medida que ela é depositada em um coletor. A equipe de pesquisadores descobriu que, ao inclinar e girar o coletor, as fibras no fluxo se alinham e torcem em torno do coletor enquanto ele gira, imitando a estrutura helicoidal dos músculos cardíacos.

Ao contrário da impressão em 3 dimensões, que fica mais lenta à medida que os recursos ficam menores, o FRJS pode girar rapidamente fibras na escala de um único mícron – cerca de cinquenta vezes menor que um único fio de cabelo humano.

Após a rotação, os ventrículos foram semeados com cardiomiócitos de rato ou cardiomiócitos derivadas de células tronco humanas. Dentro de cerca de uma semana, várias camadas finas de tecido contrátil foram obtidas, e o resultado final foi que os ventrículos imitavam o mesmo movimento helicoidal presente nos corações humanos.

Estes ventrículos foram superiores a outros cujas fibras de alinham de forma circunferencial em relação à deformação do ventrículo, à velocidade da sinalização elétrica e à fração de ejeção.

A equipe também demonstrou que o processo pode ser ampliado para o tamanho de um coração humano real e até maiores. Desta forma, os autores do estudo esperam que a engenharia de tecidos pode ser fundamental para o futuro da cardiologia e para facilitar o acesso a órgãos para pacientes que necessitam de transplante.

Referências:

Huibin Chang, Qihan Liu, John F. Zimmerman, Keel Yong Lee, Qianru Jin, Michael M. Peters, Michael Rosnach, Suji Choi, Sean L. Kim, Herdeline Ann M. Ardoña, Luke A. MacQueen, Christophe O. Chantre, Sarah E. Motta, Elizabeth M. Cordoves, Kevin Kit Parker. Recreating the heart’s helical structure-function relationship with focused rotary jet spinning. Science, 2022; 377 (6602): 180 DOI: 10.1126/science.abl6395 

Com informações da Academia Médica

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