Reconstruindo como a coluna toma sua forma

As maçãs têm uma longa história de progresso científico inspirador. Quando Sir Isaac Newton viu uma maçã cair de uma árvore em 1666, ele teve um insight brilhante que o levou à descoberta da gravidade.^1,2 Mal sabia Newton que mais de três séculos depois de sua epifania, pesquisadores canadenses conceberiam por acaso o uso de maçãs para regenerar ossos e que sua descoberta da força gravitacional moldaria sua compreensão de como fazê-lo.

A gravidade é essencial para a manutenção e regeneração do osso, que passa por um processo natural de deterioração e restauração.³ A força da gravidade e o esforço físico do movimento e do exercício estimulam a produção de osteoblastos – células que criam novos ossos. Apesar dessa atividade regenerativa inata, lesões, doenças, idade e a falta de peso das viagens espaciais criam déficits ósseos. Como resultado, os pesquisadores buscam maneiras de bioengenharia do tecido ósseo usando osteoblastos cultivados em cultura de células.

Em recente estudo publicado no Revista de BiomecânicaAndrew Pelling, professor de física e biologia da Universidade de Ottawa, e sua equipe multidisciplinar de engenheiros, cientistas e artistas testaram a capacidade das maçãs de suportar osteoblastos em um prato de cultura e resistir às forças mecânicas simuladas necessárias para desencadear a produção óssea .⁴ “A ciência é essa busca intrinsecamente criativa. Sentar-se no espaço entre as disciplinas é um ótimo lugar para capturar essas novas ideias”, disse Pelling.

A ideia de usar a “fruta proibida” para regenerar o tecido humano veio pela primeira vez ao aluno de Pelling enquanto observava seu colega de laboratório comer uma maçã. As maçãs são ricas em celulose – um carboidrato complexo que dá ao tecido vegetal sua forma estrutural. A equipe de Pelling cortou uma maçã e removeu seu tecido usando detergentes, deixando um andaime de celulose 3D – um esqueleto de maçã – que é notavelmente hospitaleiro para células sintetizadoras de ossos cultivadas em um prato de cultura. O scaffold imita o ambiente 3-D do tecido natural e fornece suporte estrutural, o que o torna uma opção favorável para substituição de osso de bioengenharia que pode um dia ser usado em pacientes.

A equipe de Pelling cultivou células precursoras de osteoblastos em
Discos de 5 mm de diâmetro de celulose de maçã. Eles expuseram as células a ciclos de força mecânica usando uma câmara de pressão especialmente projetada. Em resposta à força mecânica, as células precursoras produziram osteoblastos funcionais que mineralizaram o scaffold, enquanto o próprio scaffold manteve suas propriedades elásticas. “A sensibilidade dessas células precursoras ósseas a estímulos mecânicos é mantida nesses andaimes incomuns, o que é bom para dar os próximos passos em direção a terapias potenciais”, disse Pelling.

“Essa ideia de usar materiais derivados de plantas como andaimes é bastante empolgante. A celulose não causa uma reação imune ou inflamatória substancial, pode reduzir a probabilidade de infecção, [and] pode melhorar a formação de vasos sanguíneos”, disse William Murphy, engenheiro biomédico e diretor do Forward BIO Institute da Universidade de Wisconsin-Madison, que não esteve envolvido neste estudo. Ele explicou que o biomaterial deve suportar forças mecânicas aplicadas que simulam aquelas exercidas no osso durante a locomoção humana e são necessárias para a produção e função das células ósseas. “As forças biofísicas são fundamentais para direcionar o processo de remodelação óssea”, acrescentou Gianluca Fontana, engenheiro biomédico e pesquisador do laboratório de Murphy, que não esteve envolvido neste estudo.

Em uma comovente celebração da ciência e do acaso, a Royal Society – da qual Newton já foi presidente – enviou um pedaço arquivado de 10 cm da macieira de Newton em uma missão espacial da NASA em 2010.⁵ Orbitando a Terra, a casca da árvore experimentou gravidade zero ao lado de astronautas que sustentam a perda óssea sob ausência de peso. Se a terapia experimental de Pelling sair do prato da cultura e entrar nos humanos, essas histórias paralelas, mas entrelaçadas, terão completado o círculo.

Referências

1. W. Stukeley, AH White, “Memórias da vida de Sir Isaac Newton, 1752: Sendo algum relato de sua família e principalmente da parte mais jovem de sua vida”, Editado por A. Hastings White, Londres: Taylor e Francis1936.
2. RG Keesing, “A história da macieira de Newton”, Física Contemporânea39(5):377-91, 1998.
3. A. Ruggiu, R. Cancedda, “Mecanobiologia óssea, gravidade e engenharia de tecidos: efeitos e insights”, J Tissue Eng Regen Med9(12):1339-51, 2015.
4. M. Leblanc Latour, AE Pelling, “Oteogênese mecanossensível em andaimes de celulose nativa para engenharia de tecido ósseo”, J Biomecânica2022 Epub antes da impressão.
5. Royal Society, “A macieira de Newton retorna do espaço”, sociedade Real12 de fevereiro de 2012, Recuperado em 25 de abril de 2022, de https://royalsociety.org/news/2010/newton-apple-tree/