Cientistas criam vasos sanguíneos vivos em um chip que funcionam como os reais
Os vasos sanguíneos humanos são extremamente complexos. Eles se curvam, se ramificam, estreitam e se alargam, criando caminhos intricados que influenciam o fluxo sanguíneo pelo corpo. Por muito tempo, no entanto, os modelos laboratoriais consideravam os vasos sanguíneos como tubos retos e uniformes. Embora esses designs tenham sido úteis, eles falharam em refletir as condições nas quais muitas doenças vasculares realmente se desenvolvem.
Para representar de maneira mais fiel a verdadeira estrutura dos vasos sanguíneos humanos, pesquisadores do Departamento de Engenharia Biomédica da Texas A&M University desenvolveram um sistema de chip vascular personalizável. Essa nova abordagem permite que cientistas estudem doenças vasculares de forma mais realista e oferece uma plataforma poderosa para testar novos medicamentos.
Os chips vasculares são dispositivos microfluídicos projetados para replicar vasos sanguíneos humanos em uma escala muito reduzida. Eles podem ser adaptados a pacientes individuais e oferecem uma alternativa não animal para estudar o fluxo sanguíneo e avaliar tratamentos potenciais. Jennifer Lee, uma estudante de mestrado em engenharia biomédica, trabalhou no laboratório do Dr. Abhishek Jain para projetar um chip vascular avançado capaz de reproduzir a ampla gama de formas observadas em vasos sanguíneos reais.
“Existem vasos ramificados, ou aneurismas que apresentam uma expansão repentina, além de estenoses que restringem o vaso. Todos esses tipos diferentes de vasos causam mudanças significativas no padrão de fluxo sanguíneo, e o interior do vaso sanguíneo é afetado pelo nível de estresse de cisalhamento causado por esses padrões de fluxo,” disse Lee. “Esse foi o modelo que queríamos replicar.”
Avançando Além dos Designs de Vasos Retos
O trabalho de Lee constrói sobre pesquisas anteriores no mesmo laboratório. Apenas alguns anos antes, seu mentor e ex-aluno de doutorado, Dr. Tanmay Mathur, havia desenvolvido um design de chip vascular reto. Ambos os projetos foram realizados no Laboratório de Microsistemas Translacionais Bioinspirados sob a supervisão de Jain, que é professor associado e bolsista da Barbara e Ralph Cox ’53 em engenharia biomédica. A pesquisa de Lee foi publicada na Lab on a Chip e aparecerá na capa da edição de maio de 2025 da revista.
“Agora podemos começar a aprender sobre doenças vasculares de maneiras que nunca conseguimos antes,” afirmou Jain. “Você não só pode criar essas estruturas complexas, mas também inserir materiais celulares e tissulares dentro delas, tornando-as vivas. Esses são os locais onde as doenças vasculares tendem a se desenvolver, portanto, entendê-las é fundamental.”
Transformando Pesquisa de Graduação em Ciência Publicada
Lee ingressou no laboratório de Jain enquanto ainda era uma estudante de graduação com honras, em busca de experiência prática em pesquisa. Naquele momento, ela tinha pouca familiaridade com a tecnologia de órgãos em chip. À medida que aprendia mais sobre o campo, ficou interessada no seu impacto potencial na pesquisa médica futura. Esse interesse a levou a continuar seu trabalho por meio do programa acelerado de Mestrado em Ciências.
“Jennifer demonstrou perseverança, curiosidade e criatividade e começou a assumir projetos de pesquisa muito rapidamente. Nosso programa acelerado capacita alunos como Jennifer a se envolverem em pesquisas de alto impacto e alto risco e não apenas a realizar um projeto científico, mas a levá-lo até a conclusão e publicá-lo,” disse Jain.
Ampliando a Complexidade dos Chips Vasculares Vivos
Embora o design atual do chip vascular ofereça uma visão mais realista dos vasos sanguíneos, a equipe de pesquisa planeja avançar ainda mais. Até agora, o modelo de Lee inclui apenas células endoteliais – ou células que formam o revestimento do vaso sanguíneo – mas versões futuras podem incorporar tipos celulares adicionais. Incluir essas células permitiria aos pesquisadores entender melhor como diferentes tecidos interagem entre si e com o sangue em fluxo.
“Estamos avançando e criando o que chamamos de quarta dimensionalidade de órgãos em chip, onde não focamos apenas nas células e no fluxo, mas também na interação dessas células e do fluxo em estados arquitetônicos mais complexos, que é uma nova direção no campo,” afirmou Jain.
Desenvolvendo Habilidades Além do Laboratório
Além da experiência técnica em pesquisa, Lee afirma que o ambiente do laboratório a ajudou a desenvolver habilidades práticas que vão além do currículo científico. Trabajando ao lado de colegas, estudantes de pós-graduação e pesquisadores de pós-doutorado, ela adquiriu experiência em colaboração, comunicação e resolução de problemas.
“É um ambiente excelente para interagir não apenas com colegas, mas também com alunos de pós-graduação e pesquisadores de pós-doutorado,” disse ela. “Você consegue aprender trabalho em equipe e comunicação, ética de trabalho e experimentar diferentes abordagens. Acredito que é uma experiência valiosa que os alunos têm disponível. Temos laboratórios de pesquisa com ótimos professores.”
O projeto recebeu apoio de várias organizações importantes, incluindo o Programa de Pesquisa Médica do Exército dos EUA, a NASA, a Autoridade de Pesquisa e Desenvolvimento Biomédico Avançado, os Institutos Nacionais de Saúde, a Administração de Alimentos e Medicamentos dos EUA, a Fundação Nacional de Ciência e o Escritório de Inovação e Fundos de Investimento Translacional da Texas A&M University.
