Dispositivo microfluídico permite cultivar células tridimensionais e realizar testes de toxicidade de fármacos, nanomateriais e poluentes ambientais em condições mais próximas às encontradas em humanos e animais
Pesquisadores do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) desenvolveram uma plataforma microfluídica reversível para cultivar células em estruturas tridimensionais (3D) e realizar testes de medicamentos e materiais em condições que reproduzem melhor as condições observadas nos organismos vivos. O trabalho apresenta uma tecnologia com potencial para aplicações no desenvolvimento de fármacos, na avaliação da toxicidade de novos materiais e em estudos ecotoxicológicos, que investigam os efeitos dos materiais sobre os ecossistemas.
Plataforma microfluídica reversível. Imagem mostra chip durante teste de toxicologia (CNPEM)
Os modelos celulares 3D representam um avanço em relação às culturas tradicionais, feitas em superfícies planas, pois reproduzem de forma mais fiel características dos tecidos vivos, como a organização e comunicação entre células e o contato com nutrientes. A partir de testes em laboratório (in vitro), esses modelos 3D conseguem indicar com maior exatidão o efeito de substâncias (como fármacos, nanomateriais ou poluentes ambientais) sobre as células e, assim, podem reduzir a necessidade de experimentação animal, acelerando a inovação em bases seguras e sustentáveis.
A plataforma desenvolvida utiliza microfluídica, isso é, o controle preciso do fluxo de nutrientes, oxigênio e das substâncias em teste em escala micrométrica (10–6 m). Produzido em PDMS, um material transparente, biocompatível e de baixo custo, o sistema também pode ser automatizado e permite a realização de múltiplos experimentos, aumentando sua eficiência. Por ser reversível, é possível abrir o dispositivo para realizar testes posteriores nas células cultivadas.
Plataforma microfluídica reversível. Imagem mostra como o chip pode ser aberto após sua utilização (CNPEM)
O trabalho teve financiamento do Centro de Pesquisa em Engenharia Molecular para Materiais Avançados (CEMol/FAPESP) e foi publicado no periódico internacional ACS Measurement Science Au. A primeira autora do artigo, a pesquisadora de pós-doutorado do Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano) do CNPEM Iris Renata Sousa Ribeiro, destaca que o trabalho traz três contribuições principais.
A primeira é o desenvolvimento de um protocolo padronizado, reprodutível e de fácil utilização para o cultivo de modelos celulares 3D e sua posterior exposição a fármacos ou materiais diversos (como nanomateriais). “A geração de um protocolo experimental que possa ser replicado por usuários não especializados irá garantir um uso amplo da nossa plataforma em testes celulares in vitro de rotina”, explica Iris Ribeiro.
A segunda contribuição é a possibilidade de recuperar as células 3D intactos para análises detalhadas após os testes. “Essa capacidade, que não está presente em muitos sistemas microfluídicos, abre portas para estudos fundamentais importantes acerca do mecanismo de ação do fármaco ou material alvo do estudo”, afirma a pesquisadora.
A terceira contribuição é permitir a realização de testes de toxicidade de diferentes tipos de moléculas e materiais sob condições de fluxo, que reproduzem melhor o ambiente do nosso organismo. “Isso torna os resultados alcançados em laboratório mais próximos daqueles reais, ou seja, obtidos em organismos vivos”, destaca Iris Ribeiro.
Como próximo passo, a equipe pretende disponibilizar a plataforma para pesquisadores externos ao CNPEM de diferentes instituições, de modo que possam realizar ensaios de toxicidade de materiais com diversos tipos de modelos celulares 3D. “Seguimos animados com a meta de viabilizar o uso da nossa plataforma para usuários de todo o país em pesquisas nas áreas de farmacologia, biotecnologia, nanotecnologia, ciências materiais e ecotoxicologia”, afirma a pesquisadora.
O estudo foi coordenado por Renato Sousa Lima e contou com a colaboração de Diego Martinez, ambos pesquisadores do LNNano-CNPEM vinculados ao CEMol. Dentre os colaboradores do trabalho estão também as alunas de iniciação científica da Ilum – Escola de Ciência do CNPEM, Katarina Vilarins e Eloisa Souza.
Para ler o artigo completo acesse: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmeasuresciau.6c00140.
Sobre o LNNano
O Laboratório Nacional de Nanotecnologia (LNNano) atua na pesquisa e no desenvolvimento envolvendo a escala nanométrica, por meio de infraestruturas sofisticadas e equipes altamente especializadas, capazes de buscar respostas a desafios científicos e alavancar soluções tecnológicas. Suas instalações abertas compõem um parque único no País, incluindo microscopia eletrônica, criomicroscopia, microscopia de força atômica, além de salas limpas e laboratórios que possibilitam desde a síntese e a caracterização de materiais até a fabricação de dispositivos. Sua pesquisa científica aborda temas estratégicos, nos quais a nanociência e a nanotecnologia contribuem para a solução de problemas nacionais, como em energias renováveis, materiais para a sustentabilidade, saúde e dispositivos quânticos. O LNNano faz parte do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), em Campinas (SP), uma Organização Social supervisionada pelo Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI).
Sobre o CNPEM
O Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM) abriga um ambiente científico de fronteira, multiusuário e multidisciplinar, com ações em diferentes frentes do Sistema Nacional de CT&I. Organização Social supervisionada pelo Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI), com interveniência do Ministério da Educação e do Ministério da Saúde, o CNPEM é impulsionado por pesquisas que impactam as áreas de saúde, energia, materiais renováveis e sustentabilidade. Responsável pelo Sirius, maior equipamento científico já construído no País. O CNPEM hoje desenvolve o projeto Orion, complexo laboratorial para pesquisas avançadas em patógenos. Equipes altamente especializadas em ciência e engenharia, infraestruturas sofisticadas abertas à comunidade científica, linhas estratégicas de investigação, projetos inovadores com o setor produtivo e formação de pesquisadores e estudantes compõem os pilares da atuação deste centro único no País, capaz de atuar como ponte entre conhecimento e inovação. As atividades de pesquisa e desenvolvimento do CNPEM são realizadas por seus Laboratórios Nacionais de: Luz Síncrotron (LNLS), Biociências (LNBio), Nanotecnologia (LNNano) e Biorrenováveis (LNBR), além de sua unidade de Tecnologia (DAT) e da Ilum Escola de Ciência, curso de bacharelado em Ciência e Tecnologia.