Os vasos sanguíneos humanos não são nada simples. Eles dobram, ramificam, estreitam e alargam, criando caminhos complexos que afetam o movimento do sangue através do corpo. Durante muito tempo, porém, os modelos de laboratório trataram os vasos sanguíneos como tubos retos e uniformes. Embora úteis, esses desenhos simplificados não reflectem as condições sob as quais muitas doenças vasculares realmente se desenvolvem.
Para representar melhor a estrutura real dos vasos sanguíneos humanos, pesquisadores do Departamento de Engenharia Biomédica da Texas A&M University desenvolveram um sistema personalizável de vaso em um chip. O novo método permite aos cientistas estudar doenças vasculares de forma mais realista e fornece uma plataforma poderosa para testar novos medicamentos.
Os chips de vasos são dispositivos microfluídicos projetados para replicar vasos sanguíneos humanos em uma escala muito pequena. Eles podem ser adaptados a pacientes individuais e oferecem uma forma não animal de estudar o fluxo sanguíneo e avaliar possíveis tratamentos. Jennifer Lee, estudante de mestrado em engenharia biomédica, trabalhou no laboratório do Dr. Abhishek Jain para projetar um chip de vaso avançado capaz de reproduzir a ampla gama de formas vistas em vasos sanguíneos reais.
“Existem vasos ramificados, ou aneurismas que se dilatam repentinamente e, em seguida, estenose que restringe o vaso. Todos esses diferentes tipos de vasos fazem com que os padrões de fluxo sanguíneo mudem significativamente, e o interior do vaso sanguíneo é afetado pelo nível de tensão de cisalhamento causado por esses padrões de fluxo”, disse Lee. “Isso é o que queríamos modelar.”
Indo além do design de embarcação simples
O trabalho de Lee baseia-se em pesquisas anteriores no mesmo laboratório. Apenas alguns anos atrás, seu mentor e ex-aluno de pós-graduação, Dr. Tanmoy Mathur, desenvolveu um projeto simples de chip de navio. Ambos os projetos foram conduzidos no Laboratório de Microssistemas Translacionais Bioinspirados sob a direção de Jain, que é professor associado e membro do corpo docente de Barbara e Ralph Cox ’53 em Engenharia Biomédica. A pesquisa de Lee foi publicada Laboratório em um chip e aparecerá na capa da edição de maio de 2025 da revista.
“Agora podemos começar a aprender sobre doenças vasculares de uma forma que nunca pudemos antes”, disse Jain. “Você não apenas pode complicar essas estruturas, mas também pode colocar componentes celulares e teciduais reais dentro delas e fazê-las ganhar vida. Esses são os locais onde as doenças vasculares tendem a se desenvolver, portanto, entendê-las é importante.”
Da pesquisa de graduação à ciência publicada
Lee ingressou no laboratório de Jain quando ela ainda era uma estudante de graduação em busca de experiência prática em pesquisa. Na época, ele tinha pouca familiaridade com a tecnologia de órgãos em um chip. À medida que aprendeu mais sobre o campo, ela ficou interessada em seu impacto potencial em futuras pesquisas médicas. Esse interesse o levou a continuar seu trabalho por meio do programa acelerado de Mestrado em Ciências.
“Jennifer demonstrou persistência, curiosidade e criatividade e começou a assumir projetos de pesquisa muito rapidamente. Nosso programa acelerado permite que estudantes como Jennifer façam pesquisas de alto impacto e alto risco e não apenas façam um projeto científico, mas conduzam-no até seus resultados e publiquem-no”, disse Jain.
Expandindo a complexidade dos chips de vasos vivos
Embora o atual projeto de vaso em um chip forneça uma visão mais realista dos vasos sanguíneos, a equipe de pesquisa planeja levar o trabalho ainda mais longe. Até agora, o modelo de Lee incluiu apenas células endoteliais – ou as células que constituem o revestimento dos vasos sanguíneos – mas versões futuras poderão incluir tipos de células adicionais. Com essas células, os pesquisadores podem entender melhor como os diferentes tecidos interagem entre si e com o fluxo sanguíneo.
“Estamos progredindo e criando o que chamamos de quarta dimensão do órgão em um chip, onde nos concentramos não apenas nas células e no fluxo, mas nessas interações de células e fluxo em estados arquitetônicos mais complexos, o que é uma nova direção no campo”, disse Jain.
Desenvolvendo habilidades fora do laboratório
Além da experiência em pesquisa técnica, Lee diz que o ambiente do laboratório o ajudou a desenvolver habilidades práticas que vão além do currículo de ciências. Trabalhar com colegas, estudantes de pós-graduação e pesquisadores de pós-doutorado proporcionou-lhe experiência em colaboração, comunicação e resolução de problemas.
“É um bom ambiente para interagir não apenas com colegas, mas também com estudantes de pós-graduação e pesquisadores de pós-doutorado”, disse ele. “Você é capaz de aprender trabalho em equipe e comunicação, ética de trabalho e tentar coisas diferentes. Acho que é uma experiência valiosa que os alunos têm disponível. Temos ótimos laboratórios de pesquisa para 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 Avançado Biomédico, os Institutos Nacionais de Saúde, a Administração de Alimentos e Medicamentos dos EUA, a Fundação Nacional de Ciência e o Fundo de Investimento Translacional do Escritório de Inovação da Texas A&M University.
