Otimização de Bone-on-a-Chip: um modelo preliminar para estudos in vitro de remodelamento ósseo

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Santos, Emerson Araujo Alves dos [UNESP]
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Organ-on-Chip; Bone-on-a-Chip; Chips microfisiológicos; Dispositivos microfluídicos; Engenharia de tecidos; Tissue engineering; Microphysiological chips; Microfluidic devices
• Link de acesso: https://hdl.handle.net/11449/310558

A tecnologia Organ-on-a-Chip (OoC) utiliza dispositivos microfluídicos para cultivar células e possibilitar modelos dinâmicos capazes mimetizar o microambiente celular, bem como as funções teciduais e órgãos em condições biológicas controladas. Essa abordagem avança à medida que consideramos a necessidade de conhecer o comportamento de células animais vivas, contribuindo para compreensão das bases celulares e bioquímicas de doenças. Os chips microfluídicos perfazem a dinâmica de fluidos e permitem um manejo controlado dos modelos biológicos, os quais são produzidos por diversas técnicas de biofabricação, como impressão 3D. Esses modelos podem variar desde câmaras únicas perfundidas com uma única célula até estruturas complexas com microcanais interligados e membranas porosas entre diferentes tipos celulares. Dispositivos assim mimetizam interfaces e recapitulam funções teciduais permitindo avaliar expressão proteica, resposta a drogas e migração celular. A tecnologia OoC é uma alternativa ética e eficiente para reduzir, refinar e substituir o uso de animais em experimentos laboratoriais e já vem sendo amplamente explorado nas indústrias farmacêutica e biotecnológica, garantindo aplicação tecnológica e inovadora em abordagens para o desenvolvimento de novas drogas e avaliação de biossegurança. Especificamente, apesar de avanços na área, o estudo de biologia do osso em chips e circuitos de microfluídica ainda é pouco explorada. Essa abordagem busca mimetizar o tecido ósseo e seu remodelamento, mimetizando fatores fisiológicos como fluxo sanguíneo e carga mecânica. A criação de um Bone-on-a-Chip (BoC) envolve o desenvolvimento crítico de impressão 3D, além de análises exaustivas de simulação prática através de ferramentas in silico. Assim, nosso objetivo foi desenvolver um BoC capaz de mimetizar o microambiente ósseo, buscando oferecê-lo como alternativa na busca da compreensão da biologia do tecido, bem como testes de novas drogas desenvolvidas para desordens ósseas. A manufatura de um BoC começa a partir da decisão dos melhores parâmetros para a abordagem, definindo geometria, tamanho e capacidade volumétrica de forma que seu funcionamento seja o mais otimizado. Ainda, verificando o prévio funcionamento do chip, são feitas análises utilizando a técnica de Fluido Dinâmica Computacional (CFD), contribuindo para o entendimento da construção do modelo e o comportamento do fluido. Com isso, é possível fabricar o molde através de impressão 3D e a montagem do dispositivo utilizando o polidimetilsiloxano (PDMS). Com o chip microfluídico fabricado, foram feitos testes para análise de tempo de evaporação de fluido e por fim o cultivo celular. Baseado em um dispositivo feito pelo próprio grupo, recriamos o chip a fim de aperfeiçoar o dispositivo. O chip de geometria circular (protótipo) passou pela análise de CFD e pelo cultivo celular, revelando alguns problemas e algumas incompatibilidades com os métodos de cultivo celular utilizados, então, a partir deste, foi recriado um novo dispositivo, de geometria hexagonal, que mostrou boa performance nos testes de CFD e cultivo celular, mostrando-se apto para o emprego de novos experimentos e estudos.