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Traqueia produzida com impressora 3D salva recém-nascido

Tubo flexível ajuda bebê a respirar e avança o uso terapêutico de partes do corpo sob medida

Cortesia de The University of Michigan Health System.
PARTE IMPRESSA: Modelo da via aérea de Kaiba Gionfriddo com uma luva impressa em 3D.  
Por Marissa Fessenden

Kaiba Gionfriddo tinha seis semanas de idade quando subitamente parou de respirar e ficou azul em um restaurante. Os pais de Kaiba rapidamente o levaram ao hospital, onde descobriram que o tubo bronquial esquerdo do bebê tinha colapsado devido a um defeito de nascença não detectado anteriormente.

Durante as semanas seguintes, os ataques que ameaçavam a vida da criança continuaram, com frequencia cada vez maior até que se tornarem eventos diários. Médicos e pesquisadores, porém, usaram algumas das técnicas de bioengenharia mais sofisticadas disponíveis para imprimirem um tubo sintético em 3D para manter as vias aéreas do bebê abertas. Kaiba passou pela cirurgia em janeiro de 2012 e não sofreu nenhum colapso das vias aéreas desde então.

A traqueia se parece muito com o cano de um aspirador de pó, explica Glenn Green, especialista em otorrinolaringologia da University of Michigan, que ajudou a desenvolver o dispositivo. A traqueia humana tem 20 aneis de cartilagem ligados por músculos e tecidos conectivos que se extendem do pomo-de-Adão até o esterno. Ela então se divide em dois tubos chamados de brônquios, que se conectam cada um a um pulmão. A cada inalação, os pulmões se enchem e se expandem; da mesma forma, os tubos fortes, mas flexíveis, das vias aéreas se estendem e alongam.  

Na maioria dos casos após uma criança nascer, a cartilagem da traqueia mantém as vias aéreas abertas. Mas,  por alguma razão, em um de cada 2100 nascimentos, uma porção das vias aéreas é flácida e colapsa, bloqueando o ar externo e evitando que ele atinja um dos pulmões, ou ambos.

O tratamento para esse tipo de problema – chamado de malácia – inclui o monitoramento cuidadoso durante resfriados e outras infecções respiratórias, mas algumas pessoas podem precisar de um respirador para manter as vias aéreas abertas, ou de uma cirurgia para a inserção de um tubo respirador até que o perigo tenha passado.

Tratamentos cirúrgicos para casos persistentes incluem usar uma estrutura dentro das vias aéreas para mantê-la aberta – um stent [NT: Ou “protése”. Stent é uma prótese interna, basicamente] – mas essa abordagem irrita a traqueia, explica John Bent, professor associado do Albert Einstein College of Medicine e diretor de otorrinolaringologia pediátrica do Centro Médico Montefiore na cidade de Nova York.

Os médicos podem ainda usar parte de uma das costelas do paciente para colocar ao em volta da traqueia, como uma luva. “Mas isso não dá a forma certa às vias aéreas”, observa ele, e nem a capacidade de expandir e contrair a cada respiração.

Por razões desconhecidas, porém, alguns casos são extremamente severos. Esses recém-nascidos, incluindo Kaiba, lutam para respirar mesmo após o tratamento.

Completamente sem opções, os médicos de Kaiba contataram Green e seus colegas que estavam trabalhando em um novo dispositivo que poderia ajudar.

Os pesquisadores buscavam uma maneira de ajudar recém-nascidos com vias aéreas colapsadas. Eles projetaram um tubo que poderia envolver a porção flácida de uma traqueia ou brônquio e manter as vias aéreas abertas. Cada via, porém, é única, e não existe uma solução que funcione para todas. Em vez disso, Green e seus colegas criaram dispositivos personalizados usando uma tecnologia chamada de impressão tridimensional. 

Uma impressora 3D funciona como uma impressora jato de tinta, mas em vez de usar camadas de tinta, ela usa um material estrutural. A impressora adiciona cada camada de acordo com um padrão digital para criar uma estrutura 3D.

Impressoras 3D em uso já construíram protótipos e peças de máquinas. Em ambientes de pesquisa, bioengenheiros criaram orelhas artificiais, e ratos de laboratório já receberam discos vertebrais e ossos impressos. Imprimir órgãos e tecidos totalmente funcionais para humanos oferece alguns desafios. Um rim, por exemplo, precisa de vasos sanguíneos e tubos funcionais para coletar urina.

Problemas com a traqueia, porém, podem ser solucionados com impressões 3D porque a estrutura estriada em forma de tubo do órgão é simples.

Após testar sua ideia em leitões, Green e seus colegas ficaram confiantes de que um dispositivo impresso funcionaria. Scott Hollister, professor de engenharia biomédica de Michigan, responsável por projetar a luva que envolveria o exterior da via aérea flácida. A estrutura da luva permite que ela se expanda conforme a via cresce e se desenvolve, enquanto ao mesmo tempo resiste a espamos e o colapso do canal.

A princípio a equipe usou uma tomografia computadorizada (TC) para produzir um mapa das vias aéreas de Kaiba. A partir dessas imagens, eles esculpiram um molde tridimensional que foi impresso com a mesma forma do brônquio colapsado do bebê.

Usando esse molde, eles criaram a luva que envolveria o brônquio. Foram necessárias várias tentativas, mas por fim os pesquisadores conseguiram o modelo que se encaixava perfeitamente. O próximo passo foi costurar o tecido do brônquio de Kaiba ao interior da luva. A equipe precisou obter uma aprovação para uso emergencial da U.S. Food and Drug Administration antes de poder implantar o dispositivo. “Quando inserimos a luva, vimos seus pulmões se moverem pela primeira vez”, conta Green. Conforme Kaiba crescer, o dispositivo deve crescer junto.

O tubo propriamente dito foi impresso em camadas de um plástico biocompatível chamado de policaprolactona. A impressora 3D aquece uma forma em pó do plástico até que ele derrete e pode ser usado em forma de pasta. Após alguns anos dentro de um corpo, o tubo se dissolverá – ele é feito do mesmo material usado para suturas – e nesse momento o brônquio já teve ser forte o suficiente para funcionar normalmente.

Essa foi a primeira vez que um dispositivo produzido por uma impressora 3D foi implantado em um paciente para ajudar na reconstrução de tecidos. A equipe de pesquisa relatou o caso em 22 de maio no The New England Journal of Medicine.

“Essa é uma bela abordagem usando tecnologia para tratar um problema que não tem muitas soluções disponíveis”, declara Robert Weatherly, professor associado de otorrinolaringologia da Escola de Medicina da University of Kansas e médico do Children’s Mercy Hospital em Kansas City, no Missouri, que não se envolveu no estudo.

Ele alerta que a técnica diferente de uma abordagem comum de engenharia de tecidos porque o tecido do brônquio de Kaiba estava presente, mas não funcionava; aqui o dispositivo 3D reforça o tecido subdesenvolvido.

Em outros casos, o tecido está ausente e precisa ser reconstruído a partir do nada – como no recente caso de uma jovem sem traqueia. Seus médicos construíram uma traqueia transplantável de plástico, incubada com as células-tronco da própria criança. Ao contrário de Kaiba, porém, ela precisará de uma traqueia maior quando crescer.

Os passos críticos para tornar a tecnologia mais disponível são testes clínicos, além do acompanhamento de pacientes durante um longo período para ver como eles se saem com partes impressas em 3D.

O uso de dispositivos e partes do corpo impressas em 3D ainda está em sua infância. De acordo com Green, cartilagens e ossos serão os primeiros a chegar ao uso geral, e existe um “potencial gigantesco” para o futuro.  

sciam27maio2013