Doenças cardiovasculares são uma das principais causas de morte na América do Norte – A impressão 3D pode mudar isso.

As doenças cardiovasculares causam milhões de mortes por ano no mundo e continuam entre as principais causas de mortalidade em muitos países. Pesquisadores apresentaram um novo método de fabricação de enxertos vasculares que poderá contribuir para melhorar cirurgias de revascularização. A técnica ainda é experimental. Veja como funciona.

Doenças cardiovasculares – Estatísticas

As doenças cardiovasculares estão entre as principais causas de morte nos Estados Unidos e em muitos países industrializados. Alimentação inadequada, consumo prejudicial de álcool, poluição do ar e tabagismo estão entre os fatores que podem aumentar o risco.

Tratamento das doenças cardiovasculares hoje

Diante do grande número de pessoas afetadas por doenças cardíacas, há um esforço considerável para melhorar os tratamentos. Em alguns casos, é necessária uma cirurgia de revascularização, que cria um novo caminho para o sangue contornar uma artéria obstruída. Para isso, podem ser usados vasos do próprio paciente ou, conforme o procedimento, enxertos vasculares; não se trata necessariamente de implantar uma veia artificial.

A fabricação desses enxertos é estudada há muitos anos, pois é difícil reproduzir a resistência e o comportamento mecânico dos vasos naturais. Técnicas de impressão por extrusão e hidrogéis permitem criar estruturas tubulares, mas ainda apresentam limitações.

Entre essas limitações estão a resistência mecânica, a durabilidade e a capacidade de manter a forma. Estruturas de hidrogel podem perder estabilidade quando submetidas a deformações. Os pesquisadores desenvolveram uma abordagem para reforçar enxertos artificiais e melhorar seu desempenho mecânico.

Detalhes do estudo

O estudo “Fabricação de um enxerto vascular flexível por impressão por extrusão e eletrofiação” investiga uma técnica para melhorar a resistência à tração e à pressão de enxertos vasculares de pequeno diâmetro.

Técnica de eletrofiação

Os pesquisadores combinaram impressão por extrusão com eletrofiação para reforçar enxertos de gelatina metacriloilada (gelMA). O sistema deposita uma camada de nanofibras sobre a estrutura impressa, usando uma força eletrostática para formar as fibras.

Fonte – Advanced Materials Technologies

A estratégia permitiu fabricar estruturas com espessura de parede uniforme. O reforço busca reproduzir aspectos da matriz extracelular dos tecidos naturais. A montagem utiliza um mandril vertical rotativo, dois cabeçotes de eletrofiação e um cabeçote de extrusão que deposita hidrogel gelMA pré-aquecido.

O mandril vertical girava a 20 rpm, enquanto o hidrogel era extrudado a uma vazão constante de 0,22 mL por minuto por uma ponta cônica de calibre 18 G. Para o ensaio, foi preparada gelatina metacriloilada (gelMA), obtida por modificação da gelatina com anidrido metacrílico. O material foi colocado em solução salina tamponada com fosfato, que ajuda a controlar o pH. A formulação permite a reticulação do gel quando exposto à luz adequada.

Nanofibras

Depois da formação da estrutura de gelMA, foi acrescentada uma camada de nanofibras para reforçar o enxerto. As fibras foram produzidas com diferentes misturas de policaprolactona (PCL) e poli(L-lactídeo-co-ε-caprolactona) (PLCL). Elas buscam melhorar o comportamento mecânico da estrutura e reproduzir aspectos fibrosos dos tecidos naturais.

Testando os novos métodos

Os pesquisadores realizaram ensaios para avaliar as propriedades dos materiais e dos enxertos, incluindo resistência à pressão e comportamento mecânico. Uma das análises utilizou um reômetro Kinexus Ultra+ com placas paralelas de 40 mm e superfície jateada.

Pressão de ruptura

A equipe também mediu a pressão de ruptura. Esse parâmetro é importante porque enxertos experimentais precisam suportar as pressões às quais seriam submetidos em aplicações vasculares.

O enxerto de gelMA reforçado com fibras foi avaliado em uma montagem de ensaio associada a uma máquina universal Instron 3367. Os testes permitiram examinar sua resistência mecânica e sua capacidade de suportar pressão.

Resistência à tração

A resistência à tração foi avaliada em diferentes direções. Estruturas de gel sem reforço podem perder a forma ou se romper quando deformadas. A camada de nanofibras foi desenvolvida para reduzir essas limitações.

A equipe examinou o comportamento nas direções circunferencial e longitudinal. Os resultados mostraram que o reforço de nanofibras melhorou a estabilidade mecânica dos enxertos nas condições de ensaio.

Teste citotóxico

Outra questão era a compatibilidade do material com as células. Foram realizados testes de citotoxicidade para avaliar possíveis efeitos tóxicos. Esses ensaios ajudam a examinar a biocompatibilidade, mas não demonstram, por si só, que um implante não será rejeitado pelo organismo.

Resultados dos testes – Doenças cardiovasculares

Os resultados mostraram enxertos artificiais com propriedades mecânicas mais próximas das desejadas para vasos naturais. Os ensaios de pressão de ruptura e tração sustentam o potencial da técnica, mas ainda não equivalem à comprovação de segurança e eficácia em pacientes.

Benefícios do estudo das doenças cardiovasculares

A fabricação de enxertos vasculares com resistência adequada pode trazer benefícios à pesquisa e, futuramente, aos cuidados de saúde. Se a técnica for validada, poderá ampliar as opções disponíveis para tratar doenças cardiovasculares.

Custos mais baixos

Os métodos atuais de revascularização são importantes, mas há espaço para melhorias. A técnica estudada permite fabricar enxertos de forma controlada e pode contribuir para reduzir custos no futuro. Entretanto, menor custo e melhores resultados clínicos ainda precisam ser demonstrados.

Enxertos vasculares de pequeno diâmetro

Uma das vantagens potenciais é produzir enxertos vasculares de pequeno diâmetro. Nesse tamanho, manter a resistência e a estabilidade da parede é especialmente difícil para estruturas impressas em hidrogel.

O reforço com nanofibras melhora o desempenho estrutural dessas estruturas tubulares, permitindo explorar modelos menores e mais precisos. A técnica também busca tornar a fabricação mais prática.

Enxerto mais longo

Outro benefício potencial é a fabricação de enxertos mais longos. Estruturas feitas apenas de gel podem ter dificuldade para manter a estabilidade mecânica ao longo de toda a extensão.

O método com nanofibras busca reduzir esse problema por meio de um reforço uniforme. Isso poderá facilitar o desenvolvimento de enxertos mais longos e complexos, embora seu uso clínico ainda dependa de pesquisas adicionais.

Pesquisadores de doenças cardiovasculares

O estudo foi realizado por Faraz Fazal e colaboradores, com participação de pesquisadores da Universidade Heriot-Watt e da Universidade de Edimburgo. Também assinam o trabalho Ferry P. W. Melchels, Andrew McCormack, Andreia F. Silva, Ella-Louise Handley, Nurul Ain Mazlan, Anthony Callanan, Vasileios Koutsos e Norbert Radacsi.

Empresas que podem aproveitar o estudo das doenças cardiovasculares

A técnica pode interessar ao setor de dispositivos médicos se seus resultados forem confirmados em etapas posteriores. As empresas abaixo atuam em áreas relacionadas à saúde cardiovascular, mas isso não significa que já utilizem ou tenham licenciado esse método.

1. Abbott Laboratories

ABT Gráfico de preços

A Abbott Laboratories (ABT ) atua desde 1888 e fornece produtos de saúde, incluindo dispositivos cardiovasculares. Seu portfólio reúne stents, válvulas cardíacas e dispositivos implantáveis usados em diversos países.

A empresa possui operações internacionais e, segundo os números apresentados no artigo, mais de 90 mil funcionários e produtos em mais de 100 mercados. Detém patentes de dispositivos cardíacos e mantém uma presença importante no setor de cuidados cardiovasculares, apoiada por inovação e expansão comercial.

No segundo trimestre de 2024, a Abbott informou vendas globais de US$ 10,377 bilhões. A companhia é negociada na Bolsa de Nova York sob o código ABT. Sua atuação em dispositivos cardiovasculares pode interessar a investidores que acompanham o setor, mas não garante resultados de investimento nem participação nessa pesquisa específica.

2. Boston Scientific Corporation

BSX Gráfico de preços

A Boston Scientific Corporation (BSX ) foi fundada em 1979, em Massachusetts. Tornou-se uma importante fornecedora de dispositivos cardiovasculares, incluindo stents, marca-passos e desfibriladores implantáveis, usados no tratamento de pacientes em todo o mundo.

A empresa também assumiu compromissos de sustentabilidade e recebeu reconhecimentos, incluindo presença no Dow Jones Sustainability Index e na lista America’s Most JUST Companies, da Forbes. O artigo destaca ainda medidas de reorganização voltadas à eficiência e à confiança dos investidores, além da valorização das ações em 2024.

Futuro das impressoras 3D na saúde

Para que essas tecnologias beneficiem os pacientes, será necessário validar sua segurança, eficácia e viabilidade econômica. A técnica híbrida pode contribuir para esse objetivo. Outras pesquisas em impressão 3D também exploram aplicações na saúde.

Medicamentos impressos em 3D

A impressão 3D de medicamentos está em desenvolvimento, com novas técnicas de fabricação e controle de qualidade. Pesquisadores estudam formas de verificar a dosagem e a qualidade em tempo real. Isso poderá facilitar a produção em diferentes locais, desde que os requisitos de segurança e regulação sejam atendidos.

Modelos de órgãos impressos em 3D

Além de fabricar medicamentos, é preciso encontrar formas de testá-los. Pesquisadores desenvolveram uma plataforma de impressão 3D para modelos de “corpo em chip”, que permitem estudar respostas a substâncias em sistemas microfluídicos. Esses modelos não são órgãos completos, mas podem ajudar a reproduzir características específicas para a pesquisa.

Impressão de tecido cerebral

A bioimpressão abre possibilidades para estudar tecidos e desenvolver tratamentos. Pesquisadores conseguiram imprimir tecido cerebral humano funcional em laboratório usando um gel macio que permite aos neurônios crescer e estabelecer conexões. Isso reproduz alguns aspectos do tecido cerebral, mas não equivale a imprimir um cérebro completo.

A impressão 3D pode ajudar pacientes com doenças cardiovasculares

Esses avanços podem contribuir para novas opções de cuidados cardiovasculares. Enxertos mais resistentes e estáveis são uma meta importante, mas ainda são necessárias pesquisas para demonstrar que reduzem falhas e melhoram a sobrevida dos pacientes. O estudo oferece uma base para esse desenvolvimento.

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