Imitar a natureza em laboratório e fabricar folhas, sementes e até mesmo estruturas ainda mais complexas, seja de vegetais, animais ou microrganismos, poderá em breve se tornar realidade no Laboratório de Nanobiotecnologia (LNANO) da Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia, em Brasília

A recente aprovação de um projeto, assim como outras atividades interligadas, permitirão que os pesquisadores testem atividades biológicas em ambiente tridimensional, ou seja, de modo mais próximo à realidade.

Líder do projeto, o pesquisador da Embrapa Luciano Paulino da Silva explica que a técnica utilizada é chamada de bioimpressão 3D, uma variante da impressão 3D, método de fabricação de objetos sólidos a partir de um arquivo digital contendo informações e coordenadas espaciais. A equipe pretende utilizar a tecnologia da bioimpressão 3D para criar modelos válidos e testar nanomateriais produzidos a partir de biomoléculas obtidas de resíduos de indústrias agropecuárias e florestais.

A criação de uma estrutura impressa em 3D é um processo relativamente simples e consiste no depósito de camadas sucessivas de determinado material, como metais, resinas e polímeros, até que o objeto fique pronto. Na bioimpressão 3D, a diferença é que os materiais utilizados são componentes biológicos, como biomoléculas e células.

A técnica é uma das inovações mais recentes do ramo da biotecnologia e biologia sintética, e a experiência a ser desenvolvida no LNANO será uma das pioneiras no Brasil, afirma Luciano Paulino. “Nos cultivos tradicionais, as células são depositadas em camadas planas (2D), em placas de cultivo, formando uma única camada para a realização de testes de atividades biológicas. Com a bioimpressão 3D será possível reproduzir algumas das condições tridimensionais dos organismos vivos”, explica o pesquisador.

Segundo Paulino, nos cultivos tradicionais as células em geral se apresentam de forma desorganizada, já que estão fora de seu ambiente espacial real. Em muitos casos, se obtém sucesso nas etapas in vitro e, na hora dos testes in vivo, a pesquisa apresenta falhas. Ao recriar ambientes mais próximos à realidade dos organismos vivos, os testes de atividade biológica se tornarão mais precisos e realistas.

As aplicações da biompressão 3D poderão, segundo o pesquisador, beneficiar diversos setores da economia, desde testagens para a indústria farmacêutica até a mimetização de estruturas biológicas que possibilitem, por exemplo, a criação de órgãos artificiais para transplante.

“No momento em que conseguirmos dominar o modelo de multiplicação de diferentes tipos de células, poderemos construir estruturas mais complexas, como órgãos de plantas e animais, e até mesmo criar estruturas que comecem a funcionar como se fossem um organismo vivo”, diz o pesquisador.

No caso da pesquisa agropecuária, um exemplo de aplicação são os chamados “biofilmes”, um conjunto de microrganismos agregados que estão associados a inúmeras infecções. Também será possível, por exemplo, reconstruir sementes com grande semelhança às naturais. Na área animal, as aplicações vão da criação de estruturas biológicas para a veiculação de princípios ativos, como fármacos e hormônios, até a fabricação de estruturas parecidas com um útero para maturar embriões de animais por mais tempo antes de implantá-los nos receptores.

As etapas do projeto
O primeiro passo do projeto “Prototipagem e fabricação rápida de miméticos de biofilmes, tecidos e órgãos, utilizando bioimpressoras 3D para testes de atividade biológica in vitro de compostos bioativos e nanossistemas obtidos utilizando plantas do Cerrado” será adquirir insumos para as pesquisas, o que se tornará possível em parte com recursos da Fundação de Apoio à Pesquisa do Distrito Federal (FAP-DF).

Após a aquisição dos insumos, serão construídos modelos na forma de arquivos tridimensionais em programa do tipo “CAD”, muito utilizado em projetos de arquitetura. A partir do projeto digital, os pesquisadores vão buscar materiais biológicos compatíveis com a técnica para imprimir a estrutura tridimensional que irá abrigar as células. Nesta fase, poderão ser produzidos miméticos de tecidos de plantas, animais e também colônias de microrganismos. A bioimpressora também permitirá a adição de meios de cultura, como nutrientes para as células, passando da etapa da biompressão para a de biofabricação.

Com os primeiros protótipos prontos, serão feitas análises para saber se as estruturas estão prontas para participar de ensaios biológicos em 3D. “Pretendemos desenvolver arcabouços tridimensionais contendo células e também estruturas biológicas que permitam mimetizar as condições que teríamos dentro de uma estrutura tridimensional encontrada nos organismos vivos”, afirma Paulino.

Além da parte laboratorial, também está prevista a transferência das tecnologias desenvolvidas para o setor produtivo, o treinamento de alunos do ensino superior na prática da bioimpressão 3D e a difusão do conhecimento gerado para a sociedade.

Impressão 3D é discutida desde 2015 na Embrapa 
A “Impressão 3D” já foi assunto de pelo menos três eventos organizados pela Embrapa Recursos Genéticos e Biotecnologia. O primeiro, em junho de 2015, foi uma palestra com o designer Cícero Moraes, famoso por ter feito a reconstrução facial de Santo Antônio com base em informações sobre o seu crânio. Na palestra, Cícero abordou o uso da computação gráfica 3D para a reconstrução facial humana e as possibilidades de utilização da tecnologia em prol da pesquisa agropecuária.

O segundo evento foi a palestra “Aplicações da impressão 3D na pesquisa”, oferecida em maio de 2016 pela Panacopy. Na ocasião, a empresa trouxe uma impressora 3D e construiu, durante a palestra, diversos rolamentos de plástico.

Foi realizada ainda uma reunião técnica com seis Institutos Senai de Inovação (ISI), em setembro de 2016, em que um dos temas apresentados foi “Laser e Materiais Avançados e Nanocompósitos”. A ideia dessa reunião técnica foi prospectar oportunidades de trabalhos em parceria nas áreas de biotecnologia, genômica e nanotecnologia. Os primeiros projetos em conjunto já estão em fase de discussão.