Ao abrigo de um novo contrato federal de 26,3 milhões de dólares da Agência de Projectos de Investigação Avançada para a Saúde (ARPA-H), uma equipa multidisciplinar de investigadores da Universidade de Stanford pretende bioimprimir um coração humano em pleno funcionamento e implantá-lo num porco vivo dentro de cinco anos.

“É realmente um esforço extraordinário, mas os ingredientes brutos para a bioimpressão de um órgão humano completo e complexo já estão disponíveis para este grande impulso”, disse Mark Skylar-Scott , professor assistente de bioengenharia, membro do Stanford Cardiovascular Institute e diretor investigador do projeto.

A visão de fabricar órgãos humanos personalizados e específicos para pacientes – fígados, pulmões, rins, cérebro e, sim, um coração humano – tem sido um sonho tentador da medicina moderna há anos, mas só recentemente a ciência das células estaminais, a escala de a produção de células e a bioimpressão 3D avançaram a um ponto em que o sonho está ao nosso alcance.

A bioimpressão é uma tecnologia de impressão 3D que, em vez de usar plástico ou metal, imprime tecidos vivos célula por célula. O principal desenvolvimento, disse Skylar-Scott, é que agora podemos imprimir células e vasos sanguíneos nesses tecidos.

“Com a vasculatura vem a capacidade de produzir tecidos grandes e grossos que podem ser implantados e sobreviver”, disse Skylar-Scott. “Assim começa a era da biofabricação de órgãos.”

Essa experiência em bioimpressão está associada a um salto dramático em escala na produção de células, desde a antiga placa de Petri até os reatores de hoje, capazes de produzir bilhões de células específicas do coração de cada vez. Estas se tornarão a “tinta” da bioimpressora.

“Vamos usar um banco automatizado de biorreatores para produzir os diferentes tipos de células do coração”, disse Skylar-Scott.

Este banco de biorreatores produzirá bilhões de cardiomiócitos ventriculares e atriais, células de condução especializadas que formam as fibras de Purkinje, células nodais que são as células marca-passo do coração, bem como células musculares lisas, macrófagos que sustentam o desenvolvimento dos tecidos e, claro. claro, as células endoteliais dos vasos sanguíneos necessárias para manter o tecido vivo. Skylar-Scott estima que a equipe será capaz de gerar células suficientes para um coração a cada duas semanas.

“Usaremos esse grande número de células para praticar, praticar, praticar e aprender todas as regras de design do coração e otimizar a viabilidade e o funcionamento em escala de todo o coração para eventual implantação em um porco”, disse ele. O coração humano bioimpresso será transplantado para um porco com imunodeficiência congênita grave para evitar rejeição. No entanto, a abordagem da equipa utiliza células estaminais específicas do paciente que, quando transplantadas no mesmo paciente, podem não necessitar de imunossupressão. “Seu próprio coração, feito de suas próprias células; esse é o sonho”, acrescentou Skylar-Scott.

O âmbito dramático do projecto evoca a visão de um dia em que fábricas de biofabricação semelhantes fabricarão novos corações, pulmões, fígados e outros órgãos para implantação em seres humanos doentes – cada órgão bioimpresso será uma combinação genética perfeita para o seu paciente. Tais aspirações são esperadas, disse Skylar-Scott, mas acrescenta que acredita que esse dia ainda estará a décadas de distância, se não mais. Ainda assim, esta iniciativa de bioimpressão servirá como uma prova de conceito necessária e poderosa para acelerar a comercialização e tradução da engenharia de órgãos.

A discussão de tais possibilidades fecha o círculo de Skylar-Scott para o desafio que temos pela frente. A bioimpressão e a implantação de um coração em uma criatura viva exigirão um profundo conjunto de conhecimentos, muito além das habilidades de qualquer pesquisador. Nesse sentido, Skylar-Scott retorna ao ecossistema de pesquisa de Stanford que torna este projeto uma possibilidade.

Mark Skylar-Scott , Bioengenharia, Investigador Principal

Joseph DeSimone , Engenharia Química

Daniel Ennis , Radiologia

Sarah Heilshorn , Ciência e Engenharia de Materiais

Ellen Kuhl , Engenharia Mecânica

Kyle Loh , Biologia do Desenvolvimento

Michael Ma , Cirurgia Cardiotorácica

Alison Marsden , Cardiologia

Allison Okamura , Engenharia Mecânica

Marlene Rabinovitch , Cardiologia

Mac Schwager , Engenharia Aeronáutica

Joseph Woo , Cirurgia Cardiotorácica

Joseph Wu , Cardiologia

Sean Wu , Cardiologia

Embora ele seja o investigador principal do projeto, toda a equipe de especialistas de Stanford necessária para transformar o sonho em realidade é notável em sua profundidade e amplitude (veja a barra lateral). Inclui especialistas em engenharia, bioquímica, modelagem computacional, cardiologia, cirurgia cardiotorácica, biologia, ciência dos materiais e muito mais. Somente Stanford concentra a liderança em todos esses campos díspares, mas interrelacionados, a uma curta distância um do outro.

Stanford é um verdadeiro centro de excelência para a medicina cardiovascular, disse Skylar-Scott – o Instituto Cardiovascular, experiência em derivação de células-tronco e especialistas vasculares para fornecer as matérias-primas combinadas com um grande ecossistema de bioimpressão 3D e professores de materiais para pensar como usar e montar os materiais.

“Quando você tem todos esses recursos em um só lugar, fica mais fácil colaborar e fazer coisas incríveis”, disse Skylar-Scott.