Embora a matéria viva possa fazer avançar a tecnologia e tornar as atividades humanas mais eficientes e ecológicas, a forma como atualmente fabricamos materiais que contêm células vivas está longe de ser sustentável. Miriam Filippi nos chama a repensar nossas práticas de biofabricação.
Sou pesquisador na área de robótica suave e trabalho no desenvolvimento de tecidos musculares artificiais bioinspirados. Acredito que podemos tornar as atividades humanas mais ecologicamente corretas aproveitando o poder das células vivas para materiais bio-híbridos. As aplicações possíveis vão da biomedicina e robótica à engenharia civil e proteção ambiental. Minha visão é motivada pelo fato de que as células biológicas são sistemas miniaturizados nos quais está condensada uma incrível multiplicidade de funções que os materiais não vivos não possuem.1 – como sentidos, adaptabilidade, biossíntese e auto-replicação.
Miriam Filippi é uma pesquisadora estabelecida no Soft Robotics Lab da ETH Zurich e realiza pesquisas em biofabricação e robótica bio-híbrida.
A fabricação de estruturas usando células vivas, também conhecida como biofabricação, tem sido um assunto de fascínio para os pesquisadores. O termo surgiu da biomedicina, onde a impressão 3D de órgãos é amplamente pesquisada pelo seu potencial no tratamento médico de patologias humanas graves.
Hoje, podemos reunir células vivas de mamíferos para reconstruir pedaços de tecido em laboratório para estudar biologia, substituir partes do corpo humano que foram danificadas e testar medicamentos. Também podemos fabricar tecidos animais que possamos comer (como carne in vitro), utilizar células para detectar substâncias, limpar ambientes contaminados e utilizar bactérias para fechar fissuras nas paredes. Podemos até usar células para construir microrobôs que navegam com agilidade em ambientes complexos ou para estudar o movimento dos seres vivos sem depender de experimentação animal. 2,3
Curiosamente, as células vivas são feitas de componentes macios e biodegradáveis e podem replicar-se autonomamente. Eles extraem energia da glicose e de outros combustíveis ecológicos, funcionam silenciosamente e com alto grau de eficiência energética. Assim, emprestar células da natureza não é apenas um salto em frente na tecnologia, mas um passo em direcção a um futuro mais amigo do ambiente, uma vez que os sistemas bio-híbridos resultantes podem executar tarefas de forma mais eficiente e sustentável do que os seus homólogos puramente sintéticos.
No entanto, a forma como produzimos sistemas bio-híbridos em laboratório geralmente envolve muitas tentativas e erros, o que exige muitos recursos, energia e mão-de-obra. Para projetar um tecido, precisamos usar materiais e tecnologias caras e controlar com precisão as condições ambientais que permitem a sobrevivência das células. As abordagens convencionais de biofabricação geram muitos resíduos e utilizam uma enorme quantidade de energia. Para desbloquear o potencial de sustentabilidade dos materiais vivos, deveríamos repensar a forma como “biofabricamos”, concebendo processos produtivos mais ecologicamente inteligentes.5
Da tentativa e erro à previsão
Para tornar a biofabricação sustentável, devemos refinar os processos de produção para torná-los tão eficazes quanto possível. A seleção de materiais de componentes sustentáveis e a aplicação de métodos de fabricação automatizados e de alta precisão podem nos ajudar a limitar a quantidade de recursos consumidos, os resíduos gerados e a energia utilizada.
“Mudar de um processo de tentativa e erro para abordagens computacionalmente otimizadas é a chave para minimizar o consumo de recursos e energia.”
A abordagem mais eficiente para tornar a biofabricação verde é selecionar protocolos bem-sucedidos antes de iniciar qualquer atividade no laboratório. É aqui que a simulação computacional pode realmente ajudar. Ao modelar biossistemas complexos, pretendemos prever o resultado dos processos de biofabricação a priori e identificar uma estratégia vencedora para fabricar tecidos artificiais com as propriedades desejadas em poucas iterações ou mesmo na primeira tentativa. O aprendizado de máquina desempenhará um papel crucial no tratamento da difícil simulação da complexidade biológica. Os modelos obtidos revelarão as condições ideais para uma biofabricação bem-sucedida.
Mudar de um processo de tentativa e erro para abordagens computacionalmente otimizadas é a chave para minimizar o consumo de recursos e energia e para criar biossistemas que atendam às necessidades predefinidas de maneira eficiente e escalonável. 5
Minha visão para o futuro
Se conseguirmos usar in silico previsão para orientar o projeto e a produção de sistemas biofabricados, podemos imaginar um futuro bio-híbrido no qual os edifícios podem se reparar, os robôs adaptativos podem detectar e responder a um ambiente complexo e os implantes médicos podem integrar-se perfeitamente com o corpo – tudo criado através de tecnologias sustentáveis. processos de biofabricação.
Acredito que, aproveitando o poder dos materiais vivos e utilizando técnicas computacionais avançadas, podemos criar de forma responsável sistemas bio-híbridos para um mundo mais sustentável e resiliente e melhorar a qualidade da vida humana, reduzindo ao mesmo tempo a nossa pegada ambiental.
Nós, como pesquisadores na área de biofabricação, devemos respeitar a natureza, visto que ela é a própria fonte do material vivo único com o qual trabalhamos.
Dr. Miriam Philippi