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ANÁLISE

Texto baseado no relato de acontecimentos, mas contextualizado a partir do conhecimento do jornalista sobre o tema; pode incluir interpretações do jornalista sobre os fatos.

"Impressão de córnea": novas tecnologias podem recuperar a visão

Sharon McCutcheon/ Pixabay
Imagem: Sharon McCutcheon/ Pixabay
Daniel Schultz, Monica Matsumoto, Shridhar Jayanthi, Guilherme Pimentel , Luiz Gustavo Martins e Cristina Schultz

sobre os colunistas

Daniel Schultz é cientista, professor de microbiologia e membro do núcleo de ciências computacionais em Dartmouth (EUA). Estuda a dinâmica dos processos celulares, com foco na evolução de bactérias resistentes a antibióticos. É formado em engenharia pelo ITA, doutor em química pela Universidade da Califórnia San Diego e pós-doutorado em biologia sistêmica em Harvard. Possui trabalhos de alto impacto publicados em várias áreas, da física teórica à biologia experimental, e busca integrar essas várias áreas do conhecimento para desvendar os detalhes de como funciona a vida ao nível microscópico.

Monica Matsumoto

Monica Matsumoto é cientista e professora de Engenharia Biomédica no ITA. Curiosa, tem interesse em áreas multidisciplinares e procura conectar pesquisadores em diferentes campos do conhecimento. É formada em engenharia pelo ITA, doutora em ciências pela USP e trabalhou em diferentes instituições como InCor/HCFMUSP, UPenn e EyeNetra.

Shridhar Jayanthi

Shridhar Jayanthi é agente de patentes com registro no escritório de patentes norte-americano (USPTO). Tem doutorado em engenharia elétrica pela Universidade de Michigan (EUA) e diploma de engenheiro de computação pelo ITA. Atualmente, trabalha com empresas de alta tecnologia para facilitar obtenção de patentes e, nas (poucas) horas vagas, é estudante de problemas na intersecção entre direito, tecnologia e sociedade. Antes disso, teve uma vida acadêmica com passagens pela Rice, MIT, Michigan, Pennsylvania e no InCor/USP, e trabalhou com pesquisa em áreas diversas da matemática, computação e biologia sintética.

Guilherme Pimentel

Guilherme Pimentel é pesquisador no instituto de física da Universidade de Amsterdã na Holanda, onde trabalha com novas teorias para explicar a expansão acelerada do Universo. Possui graduação em engenharia eletrônica, mestrado em física pelo ITA (Instituto Tecnológico de Aeronáutica) e doutorado em física na Universidade de Princeton. Sua pesquisa é focada em cosmologia e física de partículas.

Luiz Gustavo Martins

Luiz Gustavo Martins é engenheiro químico, mestrado em física pela Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG). Atualmente é doutorando no MIT (Massachusetts Institute of Technology), na área de física do estado sólido experimental, onde trabalha espectroscopia óptica em materiais bidimensionais (com poucos átomos de espessura) e física de altas pressões.

Cristina Schultz

Cristina Schultz é oceanógrafa formada pela USP (Universidade de São Paulo), com mestrado em meteorologia pelo INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) e doutorado em oceanografia química pelo WHOI (Woods Hole Oceanographic Institution) e o MIT (Massachusetts Institute of Technology). Atualmente é cientista visitante na Universidade de Princeton, no NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) e no Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (Laboratório de Dinâmica de Fluidos Geofísicos). Sua pesquisa combina o uso de dados coletados em cruzeiros oceanográficos, dados de satélite e modelos climáticos para entender as consequências das mudanças climáticas na química do oceano e no ecossistema marinho.

Monica Matsumoto e Paulo Schor*

18/02/2021 04h00

Um estudo publicado no JAMA de 2016 estimou que 12,7 milhões de pessoas no mundo esperam um transplante de córnea. Os olhos são estruturas complexas e são a entrada do nosso sistema de visão. A primeira camada que recebe a luz do ambiente é a córnea. Esta interface protege o olho do ambiente externo, assim como a pele protege o corpo. Além disso, tem propriedades ópticas de refração importantes.

As lesões de córnea são importantes pois sua deterioração pode levar à cegueira. Quando existe um comprometimento significativo da visão causado pela córnea, o padrão-ouro de tratamento é o transplante de córnea.

Como é um tecido vivo doado, existe um gargalo pela diferença entre a grande demanda e a pouca disponibilidade de córneas. Apesar disso, o transplante ainda é muito seguro e tem sofrido transformações ao longo dos anos, com técnicas menos invasivas, mais seguras e de recuperação mais rápida, onde somente uma camada da córnea precisa ser substituída. São os chamados transplantes lamelares, que vêm codificados com nomes como dmek, dsaek e dalk.

Quando os transplantes já não podem ser realizados, como em casos de várias cirurgias prévias, ou queimaduras oculares muito extensas, tínhamos uma opção que se denominou ceratoprótese. Essa peça foi desenvolvida ao redor do mundo de forma muitas vezes paralela, mas a mais tradicional é a de Boston, que carrega o nome de Charles Dohman na sua gênese.

As próteses de córnea (ceratopróteses) têm um cilindro óptico central e se dividem basicamente em dois tipos: com saia ou com furos do tipo do botão. A prótese reproduz a transparência e a refração da córnea e os outros elementos servem como substrato para fixação da prótese. Existem diversos modelos testados além da Boston Keratoprosthesis, como Alphacor, osteo-odonto-keratoprosthesis, Keraklear e Korea Seoul-Type.

Veja as próteses abaixo:

Próteses de córnea - Zhang - Zhang
Imagem: Zhang

Algumas dificuldades que os pacientes e médicos ainda encontram são o reduzido ângulo de visão para avaliação de fundo de olho, especialmente na periferia da retina, a dificuldade de mensuração da pressão ocular (sendo o glaucoma uma das maiores causas de insucesso dessa tecnologia) e a integração com o tecido ocular original, já que o implante mimetiza algumas características e funções biomecânicas mas não todas, como a viscoelasticidade e composição celular.

Mesmo trazendo um impacto grande na visão, a estética da prótese ainda não é satisfatória.

Bioengenharia: córneas sintéticas artificiais

Novas próteses têm sido idealizadas com novos materiais que diminuiriam os efeitos deletérios de um objeto estranho. São estruturas (polímeros) sintéticas e biocompatíveis, com características mais próximas do tecido da córnea e esclera.

Existe uma variedade de técnicas para desenvolver esses tecidos. E é possível até popular essas estruturas com as células do próprio paciente para diminuir a rejeição.

Além de polímeros sintéticos, também é possível usar a estrutura (matriz extracelular) do próprio paciente ou de outra pessoa para "engenheirar" uma nova córnea.

Para entender a estrutura da córnea, podemos pensar em um sanduíche. Entre o epitélio e o endotélio da córnea, existem mais três camadas, duas membranas —Bowman e Descemet— que separam as extremidades, e o estroma no meio, com células altamente organizadas e avasculares. Existem também terminações nervosas em todo tecido. Toda essa estrutura garante propriedades refrativas e estruturais importantes para a óptica ocular.

Logo se vê que não é fácil reproduzir os tecidos da córnea, ainda mais ela inteira.

Quanto mais parecido do tecido real, mais complicado é de fabricar essa estrutura. Para atingir essa complexidade, estudos estão sendo feitos para que o tecido tenha camadas similares a uma córnea. E ainda não se entende o processo todo, pois ele é muito complicado de manufaturar.

Córnea - Zhang - Zhang
Imagem: Zhang

Bioimpressão 3D

A bioimpressão 3D é uma grande promessa para construir essa estrutura. A impressora 3D tem como inspiração a impressora de papel, imprime uma camada de "tinta" e, com essa base, adiciona no topo outra camada e outra até completar um volume tridimensional.

O princípio é o mesmo da impressão 3D, mas ao invés de plástico, imprime "biotintas", que são polímeros, cerâmica, hidrogéis e injeta substratos e células capazes de se manter vivas. Algumas pessoas na verdade só chamam de bioimpressão se houver semeadura de células, outras entendem como bio os tecidos de inspiração biológica. No Brasil, temos uma startup que já está produzindo esse tipo de bioimpressora, do pesquisador Gabriel Liguori.

Com a deposição camada a camada de biotintas estruturais e células, é possível criar tecidos complexos. Ainda há muitas limitações, como orientar as células, especialmente na camada do estroma da córnea, que tem células alinhadas.

Outra possibilidade é diferenciar células tronco pluripotentes com ambiente semelhante à córnea, para que desenvolvam as características do estroma. A maior complexidade, no entanto, é fazer com que as células permaneçam vivas, livres de infecção, e expressando as proteínas que desejamos.

Tais estudos estão ainda em fases iniciais, em laboratório, e esperamos ter mais e mais aplicações à medida que consigamos dominar o microambiente.

O grande diferencial da bioimpressão é a possibilidade de customizar o tecido do transplante para cada paciente. Isso pode melhorar a refração final, aceite da estrutura e até a estética da prótese, o que melhoraria de forma global o transplante de córnea.

Vale observar que a maioria das córneas sintéticas artificiais estão em estágios de estudos intermediários, in vitro ou in vivo em animais. E poucos estão sendo testados em humanos, na fase clínica.

Recentemente, houve uma notícia de uma startup israelense que fez com sucesso o implante de ceratoprótese tradicional com novo tipo de material, devolvendo a visão a um homem de 78 anos.

Precisamos de cautela quando falamos em resultados de próteses, pois de imediato tem um efeito positivo muito bom, entretanto os efeitos precisam ser analisados durante um intervalo de pelo menos 12 meses. E esse foi o primeiro paciente que recebeu esta prótese no estudo clínico. Assim como as vacinas, os resultados precisam de seguimento para que tenha conclusões clínicas de eficácia.

Hoje as ceratopróteses tradicionais são usadas apenas em pacientes que já exauriram todas as outras possibilidades de tratamento e em casos muito graves, mas as perspectivas de córnea artificial sintética são boas.

É um campo cheio de desafios e oportunidades. Do ponto de vista científico, há pesquisa básica, clínica e tecnológica, e é totalmente multidisciplinar. Do ponto de vista de mercado, uma vez que se consiga mimetizar toda ou parte da estrutura da córnea, haverá opções de próteses para atender a demanda que não é suprida por próteses tradicionais e doadores, e principalmente sua distribuição e estoque.

* Paulo Schor é médico-cirurgião é professor livre-docente de oftalmologia na Escola Paulista de Medicina e professor na Faculdade de Medicina Einstein. Diretor de inovação tecnológica e social da Unifesp e coordenador de área de pesquisa para inovação da Fapesp.

** Este texto não reflete, necessariamente, a opinião do UOL