Os vasos sanguíneos humanos são bastante complexos. Eles se curvam, ramificam, estreitam e alargam, criando caminhos intrincados que influenciam o fluxo sanguíneo pelo corpo. No entanto, por um longo período, os modelos laboratoriais trataram os vasos sanguíneos como tubos retos e uniformes. Embora esses modelos simplificados sejam úteis, eles não refletem as condições em que muitas doenças vasculares realmente se desenvolvem.
Para representar de forma mais fiel a estrutura verdadeira dos vasos sanguíneos humanos, pesquisadores do Departamento de Engenharia Biomédica da Texas A&M University desenvolveram um sistema de chip de vaso personalizável. Essa nova abordagem permite que os cientistas estudem doenças vasculares de maneira mais realista e oferece uma plataforma poderosa para testar novos medicamentos.
Os chips de vasos são dispositivos microfluídicos projetados para replicar os vasos sanguíneos humanos em uma escala muito reduzida. Eles podem ser adaptados a pacientes individuais e oferecem uma forma alternativa, sem uso de animais, para estudar o fluxo sanguíneo e avaliar tratamentos potenciais. Jennifer Lee, uma mestranda em engenharia biomédica, trabalhou no laboratório do Dr. Abhishek Jain para projetar um chip de vaso avançado capaz de reproduzir a ampla variedade de formas observadas nos vasos sanguíneos reais.
“Existem vasos ramificados, ou aneurismas que apresentam uma expansão repentina, e então estenoses que restringem o vaso. Todos esses diferentes tipos de vasos alteram significativamente o padrão de fluxo sanguíneo, e o interior do vaso sanguíneo é afetado pelo nível de estresse de cisalhamento causado por esses padrões de fluxo,” disse Lee. “Era isso que queríamos modelar.”
Avanços além dos Modelos Retos de Vasos
O trabalho de Lee constrói sobre pesquisas anteriores do mesmo laboratório. Apenas alguns anos antes, seu mentor e ex-aluno de mestrado, Dr. Tanmay Mathur, desenvolveu um design de chip de vaso reto. Ambos os projetos foram realizados no Laboratório de Microssistemas Translacionais Bioinspirados, sob a supervisão de Jain, que é professor associado e integrante do corpo docente Barbara e Ralph Cox ’53 em engenharia biomédica. A pesquisa de Lee foi publicada na Lab on a Chip e aparecerá na capa da edição de maio de 2025 da revista.
“Agora podemos começar a aprender sobre doenças vasculares de maneiras que nunca conseguimos antes,” disse Jain. “Não só podemos tornar essas estruturas complexas, mas também incluir materiais celulares e tecido dentro delas, tornando-as vivas. Esses são os locais onde as doenças vasculares tendem a se desenvolver, portanto, compreendê-los é fundamental.”
Da Pesquisa de Graduação à Ciência Publicada
Lee ingressou no laboratório de Jain enquanto ainda era uma estudante de graduação em busca de experiência prática em pesquisa. Na época, ela tinha pouca familiaridade com a tecnologia de órgãos em um chip. Conforme aprendeu mais sobre o campo, ela se interessou pelo impacto que essa tecnologia pode ter na pesquisa médica futura. Esse interesse a levou a continuar seu trabalho através do programa avançado de Mestrado em Ciências.
“Jennifer demonstrou perseverança, curiosidade e criatividade e começou a assumir projetos de pesquisa muito rapidamente. Nosso programa avançado permite que estudantes como Jennifer assumam pesquisas de alto impacto e alto risco, e não apenas realizem um projeto científico, mas levem tudo até seu resultado e consigam publicá-lo,” afirmou Jain.
Expandindo a Complexidade dos Chips de Vaso Vivos
Embora o design atual do chip de vaso ofereça uma visão mais realista dos vasos sanguíneos, a equipe de pesquisa planeja levar o trabalho ainda mais longe. Até agora, o modelo de Lee inclui apenas células endoteliais — ou células que formam o revestimento dos vasos sanguíneos — mas versões futuras podem incorporar tipos adicionais de células. A inclusão dessas células permitiria aos pesquisadores entender melhor como diferentes tecidos interagem entre si e com o sangue em fluxo.
“Estamos progredindo e criando o que chamamos de quarta dimensionalidade dos órgãos em um chip, onde não nos concentramos apenas nas células e no fluxo, mas na interação entre células e fluxo em estados arquitetônicos mais complexos, que é uma nova direção no campo,” disse Jain.
Desenvolvendo Habilidades Além do Laboratório
Além da experiência técnica em pesquisa, Lee afirma que o ambiente do laboratório a ajudou a desenvolver habilidades práticas que vão além dos cursos científicos. Trabalhar ao lado de colegas, alunos de pós-graduação e pesquisadores pós-doutorais proporcionou a ela experiência em colaboração, comunicação e resolução de problemas.
“É um ambiente muito bom para interagir não apenas com os colegas, mas também com alunos de pós-graduação e pesquisadores pós-doutorais,” afirmou. “Você pode aprender trabalho em equipe e comunicação, ética de trabalho, e experimentar diferentes abordagens. Acho que é uma experiência muito valiosa que os alunos têm à disposição. Temos laboratórios de pesquisa com excelentes docentes.”
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 Escritório de Inovação do Fundo de Investimento Translacional da Texas A&M University.
