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Cientistas da Universidade Tecnológica de Nanyang (NTU), Singapura, descobriram uma maneira de usar pólen de girassol para desenvolver um material de tinta de impressão 3D. Essa tinta derivada do pólen é capaz de manter sua forma quando depositada em uma superfície, o que faz dela uma alternativa mais viável do que as tintas atuais usadas para bioimpressão (impressões para fins biomédicos).
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Para ilustrar a funcionalidade da tinta de impressão 3D à base de pólen, os cientistas da NTU imprimiram um andaime de tecido biológico que, em estudos de laboratório, demonstrou ser adequado para adesão e crescimento celular, essenciais para a regeneração de tecidos.
Conforme o site Phys, a pesquisa, que foi descrita em um artigo científico de capa da revista científica Advanced Functional Materials, destaca o potencial do pólen de girassol como um material alternativo sustentável para as tintas de bioimpressão atuais.
De acordo com o professor Cho Nam-Joon, da Escola de Ciências e Engenharia de Materiais da NTU, coautor do estudo, “a bioimpressão pode ser desafiadora porque o material das tintas usadas é normalmente muito mole, o que significa que a estrutura do produto imaginado pode entrar em colapso durante o processo”.
“Por meio do ajuste das propriedades mecânicas do pólen de girassol, desenvolvemos uma tinta híbrida à base de pólen que pode ser usada para imprimir estruturas com boa integridade estrutural. Utilizar pólen para impressão 3D é uma conquista significativa, pois o processo de fabricação da tinta à base de pólen é sustentável e acessível”, disse Nam-Joon.
Ele declarou que, considerando que existem vários tipos de espécies de pólen com diferentes tamanhos, formas e propriedades de superfície, “as suspensões de microgel de pólen poderiam ser usadas para criar uma nova classe de materiais de impressão 3D ecológicos”.
Outro coautor da pesquisa, o professor assistente Song Juha, da Escola de Engenharia Química e Biomédica da NTU, disse: “Nossas descobertas podem abrir novas portas para membranas flexíveis personalizadas que se ajustam perfeitamente aos contornos da pele humana, como curativos ou máscaras faciais”.
Segundo Juha, as membranas flexíveis são geralmente fabricadas com base na geometria plana, resultando em problemas como fraturas nas camadas ou um ajuste inadequado quando aplicadas em grandes áreas superficiais da pele, como o rosto, ou áreas que apresentam movimentos frequentes, como as articulações.
“Com tinta de impressão 3D à base de pólen, que é biocompatível, flexível e de baixo custo, podemos fabricar membranas que são feitas sob medida para os contornos da pele humana e são capazes de dobrar sem quebrar”, garantiu.
Além desses cientistas, a equipe de pesquisa também inclui o professor assistente Jang Taesik, da Universidade de Chosun, na Coreia do Sul.
Como a tinta para impressão 3D à base de pólen é desenvolvida
O método de bioimpressão mais amplamente usado hoje é a bioimpressão baseada em extrusão, em que as tintas são dispensadas continuamente dos bicos e depositadas ao longo de caminhos definidos digitalmente para fabricar estruturas 3D camada por camada.
Um dos desafios desse método é a dificuldade em reter as estruturas 3D e as formas de materiais delicados e macios, como hidrogéis, células e biopolímeros sem suporte adicional.
Normalmente, é usada uma estrutura chamada matriz de suporte, dentro da qual a tinta macia é depositada durante o processo de impressão. No entanto, isso gera desperdício, pois a matriz de suporte se torna inutilizável após a impressão.
Segundo Juha, “os esforços de pesquisas anteriores se concentraram no desenvolvimento de biotintas especiais para deposição e capacidade de impressão eficientes por meio da mistura de hidrogéis com fibras ou partículas”.
Ele alerta, no entanto, que a principal desvantagem dessas tintas compostas de hidrogel é o entupimento do bico, que é um problema mais significativo em tintas com uma maior teor de tais fibras ou partículas.
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Já no caso da tinta híbrida à base de pólen, “ela é mecanicamente forte o suficiente para reter sua estrutura sem obstruir a impressora”, diz o professor, que explica que o processo de desenvolvimento da tinta híbrida à base de pólen começa com a incubação do pólen de girassol resistente em uma solução alcalina por seis horas, para formar partículas de microgel de pólen. Esse processo, segundo os cientistas, é ambientalmente sustentável, semelhante à fabricação de sabão.
Então, o microgel de pólen é misturado com hidrogéis, como o alginato, um polímero natural tipicamente obtido a partir de alga marrom, ou o ácido hialurônico, uma substância clara e pegajosa produzida naturalmente pelo corpo, formando a tinta híbrida pólen-hidrogel final.
Estrutura à base de pólen para cultura de células e absorção de medicamentos
Como prova de conceito, os cientistas imprimiram uma estrutura de engenharia de tecidos de cinco camadas, útil para a cultura de células, em 12 minutos. O colágeno foi, então, adicionado ao andaime para fornecer pontos de ancoragem aos quais as células podem aderir e crescer.
Depois disso, os cientistas semearam células humanas no andaime e descobriram que ele tinha uma alta eficiência de semeadura de células de 96% a 97%, desempenho comparável ao dos hidrogéis de cristal coloidal invertido (ICC), que são amplamente utilizados como plataformas de cultura de células 3D, mas que são demorados e trabalhosos para fabricar.
Tendo em vista que o pólen responde às mudanças de pH – quando um ambiente se torna ácido ou alcalino – a equipe da NTU também testou a viabilidade do andaime 3D como um sistema de entrega de drogas responsivo a estímulos.
Quando um corante vermelho fluorescente foi pingado no andaime, os cientistas descobriram que as partículas do microgel de pólen o liberaram no andaime gradualmente.
“A quantidade e a taxa de liberação aumentaram com a adição de um ácido. Isso mostra que há potencial para o andaime de pólen ser usado como um sistema de liberação de drogas controlado”, disseram os cientistas.
Segundo o professor Cho, “as partículas de microgel de pólen têm uma estrutura de concha oca, o que significa que podem ser potencialmente usadas para transportar drogas, células ou biomoléculas em plataformas de entrega de drogas com estruturas 3D personalizadas”.
“Também há potencial para o suporte à base de pólen ser usado como um portador de drogas inteligente, dada a natureza responsiva ao estímulo do pólen. Por exemplo, podemos desacelerar ainda mais a liberação de drogas revestindo o suporte à base de pólen com uma camada fina de alginato, e estimular a liberação pela introdução de um ácido”, sugeriu.
De acordo com a pesquisa, o uso de pólen no campo biomédico é sustentável, tendo em vista que se trata de um recurso renovável natural, em um bloco de construção para vários materiais alternativos ecológicos, de papel a esponjas biodegradáveis que podem embeber poluentes do óleo.
Esse estudo está alinhado com as ambições da NTU em seu plano estratégico de, até 2025, conseguir traduzir invenções e criatividade em resultados que aumentem os benefícios econômicos e a qualidade de vida.
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