Investigadores combinam bioimpressão 3D com IA para personalizar enxertos de tecidos moles orais

Liderada pelo professor assistente Gopu Sriram, da Faculdade de Medicina Dentária da NUS, a abordagem da equipa apresenta uma alternativa mais personalizável e menos invasiva aos métodos tradicionais de enxerto, que geralmente envolvem a recolha de tecido da boca do paciente, um processo que pode ser desconfortável e limitado pela disponibilidade de tecido adequado.

A técnica de bioimpressão 3D e habilitada por IA tem o potencial de abordar os principais desafios em procedimentos dentários de forma mais eficaz, como a reparação de defeitos gengivais causados ​​por doenças periodontais ou complicações de implantes dentários. Por exemplo, ao permitir a fabricação precisa de construções de tecidos adaptadas a pacientes individuais, o método pode melhorar significativamente os resultados do tratamento, reduzir o desconforto do paciente e minimizar o risco de complicações, como infeções, durante a recuperação.
A investigação da equipa foi publicada no periódico Advanced Healthcare Materials.

Turbinar o processo de bioimpressão com IA
Os enxertos de tecido gengival são essenciais nos cuidados dentários, principalmente para tratar defeitos mucogengivais, como a recessão gengival e complicações decorrentes de doenças periodontais ou implantes dentários. Normalmente, estes enxertos são colhidos da boca do paciente. Embora eficazes, estes procedimentos apresentam desvantagens significativas: desconforto para o doente, disponibilidade limitada de tecido e maior risco de complicações pós-operatórias.

Para ultrapassar estes desafios, os investigadores recorreram à bioimpressão 3D, uma técnica que fabrica enxertos de tecido personalizados, adaptados às dimensões específicas do defeito de cada paciente. Desenvolveram uma biotinta especializada que auxilia o crescimento de células saudáveis, garantindo ao mesmo tempo que o material pode ser impresso com precisão e mantém a sua forma e estrutura.

No entanto, a viabilidade da bioimpressão 3D depende dos parâmetros aplicados durante o processo. Fatores como a pressão de extrusão, a velocidade de impressão, as dimensões dos bicos, a viscosidade da biotinta e a temperatura da cabeça de impressão desempenham um papel crucial na determinação das propriedades finais e do desempenho do componente impresso. O ajuste destes parâmetros é tradicionalmente feito através de experiências manuais, tediosas, de tentativa e erro, que consomem muito tempo e recursos.

"Para acelerar o processo de bioimpressão 3D, integrámos a IA no nosso fluxo de trabalho para resolver este estrangulamento crítico", disse o professor Dean Ho, chefe do Departamento de Engenharia Biomédica da Faculdade de Design e Engenharia da NUS e coautor correspondente do artigo de investigação.

"Esta abordagem simplifica muito o processo ao reduzir o número de experiências necessárias para otimizar os parâmetros de bioimpressão — de potencialmente milhares para apenas 25 combinações", acrescentou o Prof. Ho, que é também Diretor do Instituto de Medicina Digital (WisDM) da Faculdade de Medicina Yong Loo Lin da NUS e do Instituto N. 1 de Saúde (N. 1) da NUS.

Este tremendo aumento de eficiência proporcionado pelo fluxo de trabalho orientado por IA da equipa poupa tempo e recursos, ao mesmo tempo que garante a criação de construções de tecido com dimensões precisas e integridade estrutural.
"O nosso estudo está entre os primeiros a integrar especificamente tecnologias de bioimpressão 3D e IA para a biofabricação de construções personalizadas de tecido mole oral", disse o professor assistente Sriram, que também é colíder da Thrust de aplicações 3DP dentárias e craniofaciais no Centro de Manufatura Aditiva da NUS (AM.NUS). "A bioimpressão 3D é de longe mais desafiante do que a impressão 3D convencional porque envolve células vivas, o que introduz uma série de complexidades ao processo de impressão."

Os enxertos de tecido gengival bioimpressos exibiram fortes propriedades biomiméticas, mantendo mais de 90% de viabilidade celular imediatamente após a impressão e durante um período de cultura de 18 dias. Os enxertos mantiveram também a sua forma e integridade estrutural, enquanto as análises histológicas confirmaram a presença de proteínas-chave e uma estrutura multicamada que se assemelha muito ao tecido gengival natural.

O futuro dos cuidados dentários
Na medicina dentária, a capacidade de produzir enxertos de tecido gengival personalizados com melhor eficiência, integridade estrutural e propriedades biomiméticas pode abordar desafios clínicos de longa data associados a doenças periodontais e implantes dentários.

"Esta investigação demonstra como a IA e a bioimpressão 3D podem convergir para resolver problemas médicos complexos através da medicina de precisão", acrescentou o professor assistente Sriram. "Ao otimizar os enxertos de tecido para pacientes individuais, podemos reduzir a invasividade dos procedimentos dentários e, ao mesmo tempo, garantir uma melhor cicatrização e recuperação."
O mais interessante é que as potenciais implicações desta investigação vão para além da medicina dentária. "A bioimpressão 3D permite-nos criar enxertos de tecido que correspondem precisamente às dimensões das feridas do paciente, reduzindo ou eliminando potencialmente a necessidade de recolher tecido do corpo do paciente", disse o professor assistente Sriram.

"Este nível de personalização minimiza a distorção e a tensão do enxerto durante o encerramento da ferida, reduzindo o risco de complicações, o tempo de cirurgia e o desconforto para os pacientes", disse o Dr. Jacob Chew, periodontologista, co-investigador do estudo e membro académico da Faculdade de Medicina Dentária da NUS.

Além disso, as características de cicatrização sem cicatrizes do tecido oral oferecem uma vantagem única, uma vez que os insights deste estudo podem informar a fabricação de enxertos semelhantes para outros tecidos de barreira, como a pele, ajudando potencialmente na cicatrização sem cicatrizes de feridas cutâneas.
Pesquisas futuras irão concentrar-se em traduzir estas descobertas do laboratório para o paciente. A equipa planeia conduzir estudos in vivo para avaliar a integração e a estabilidade dos enxertos em ambientes orais. Pretendem também explorar a integração dos vasos sanguíneos nos enxertos através da bioimpressão multimaterial para criar construções mais complexas e funcionais.

Com estes desenvolvimentos, os investigadores esperam avançar no campo da medicina dentária regenerativa e, ao mesmo tempo, abrir caminho para aplicações mais amplas na engenharia de tecidos.

Fonte: National University of Singapore /MedicalXpress

Foto: Unsplash/CCO Public Domain