Malformação, danos e falhas de órgãos são as causas mais comuns de morbidade e mortalidade humana. Estima-se anualmente que mais de 35.000 crianças nascem com malformações de órgãos, 100.000 pessoas terão os seus membros amputados, 5.000 pessoas à espera de órgãos morrerão sem receber um transplante, e 1 milhão de pessoas morrerão de doenças de órgãos. O objectivo do Tema da Biologia Regenerativa e Engenharia de Tecidos (RBTE) é desenvolver a base de conhecimentos e tecnologias necessárias para substituir ou regenerar tecidos e órgãos humanos e assim resolver estes graves problemas de saúde e contribuir para melhorar a qualidade de vida e o bem-estar.
Para atingir este objectivo, os cientistas da RBTE estão a seguir três vias de investigação relacionadas. Em primeiro lugar, os cientistas da RBTE estão a utilizar abordagens de células estaminais e de desenvolvimento para investigar a forma como os órgãos se formam e regeneram. Em segundo lugar, os cientistas da RBTE estão a utilizar os conhecimentos adquiridos a partir de estudos de células estaminais e de desenvolvimento para regenerar tecidos e órgãos numa série de organismos modelo e não-modelo. Terceiro, os cientistas da RBTE estão a traduzir a sua investigação a partir de organismos modelo e não-modelo em seres humanos. Estas três vias de investigação são discutidas mais detalhadamente a seguir. Com esta abordagem multifacetada, os cientistas da RBTE estão a dar grandes passos no sentido de desenvolver tecnologias regenerativas que terão um impacto positivo na vida de muitas pessoas que sofrem de malformação, dano e falência de órgãos.
Célula estaminal e Biologia do Desenvolvimento: Uma compreensão dos processos celulares e de desenvolvimento subjacentes ao crescimento de órgãos e tecidos fornece uma base crítica e necessária para a regeneração de órgãos e tecidos. A regeneração de órgãos é um processo complexo que requer a substituição simultânea de ossos, músculos esqueléticos e tendões, e o recrescimento de nervos, vasos sanguíneos e pele. Portanto, antes que os órgãos possam ser regenerados, a base de desenvolvimento de todos estes eventos deve ser compreendida. Para perseguir este objectivo, os cientistas da RBTE estão a utilizar uma diversidade de abordagens de investigação que se enquadram em duas grandes categorias: investigação de células estaminais e biologia do desenvolvimento. Em relação à investigação de células estaminais, os cientistas da RBTE estão a estudar a determinação do destino das células. Nesta investigação, os cientistas da RBTE estão a investigar os sinais que transformam uma célula indiferenciada numa célula que é específica de tecidos ou órgãos. Em relação à biologia do desenvolvimento, os cientistas da RBTE estão a investigar os processos celulares e moleculares que sustentam o desenvolvimento normal de órgãos e tecidos em organismos modelo e não-modelo.
Regeneração em Modelos Animais: Os cientistas da RBTE estão a aplicar os conhecimentos adquiridos com a investigação em biologia de células estaminais e de desenvolvimento para regenerar tecidos e órgãos em muitos animais modelos e não-modelos. Os animais em estudo incluem rãs, ratos, ratos, coelhos, porcos e gambás. Esta investigação constitui uma base essencial para a regeneração de órgãos e tecidos em seres humanos. Especificamente, a investigação em modelos animais pode fornecer conhecimentos significativos sobre os processos celulares e moleculares que estão na base da regeneração de órgãos e tecidos. Os cientistas da RBTE estão a adoptar duas abordagens principais para a regeneração de tecidos em modelos animais. Na primeira, os cientistas da RBTE estão a comparar os processos celulares e moleculares que operam em tecidos e órgãos capazes de regeneração com os processos que operam em tecidos e órgãos que não o são. Desta forma, os cientistas da RBTE são capazes de identificar processos específicos que sustentam a regeneração de órgãos e tecidos. Na segunda abordagem, os cientistas da RBTE estão a aplicar os princípios da bioengenharia e da ciência dos materiais à regeneração de tecidos e órgãos. Nesta abordagem inovadora, os cientistas da RBTE estão a utilizar andaimes, tecidos, moléculas bioactivas e células para melhorar a regeneração de órgãos e tecidos com grande sucesso.
Programação Translacional da Regeneração Humana: O objectivo final da biologia regenerativa é regenerar com sucesso tecidos e órgãos em seres humanos. Para alcançar este objectivo, os cientistas da RBTE estabeleceram colaborações activas de investigação com médicos em várias instituições, incluindo a Clínica Mayo, Universidade de Illinois em Chicago, Northwestern University, e Carle Hospital. Através destas colaborações, os cientistas da RBTE estão a traduzir os conhecimentos adquiridos a partir de células estaminais, desenvolvimento e investigação regenerativa em animais modelo e não modelo para a regeneração de órgãos e tecidos em humanos. Estes esforços translacionais envolvem a utilização de andaimes biodegradáveis em combinação com factores de crescimento e células estaminais adultas como tratamentos para grandes traumas ou doenças ósseas e/ou cartilagíneas. As áreas de foco incluem a regeneração de osso no crânio, coluna vertebral, ossos longos e dígitos, e de cartilagem na face, traqueia, e articulações. A metodologia utilizada poderia reduzir ou mesmo eliminar a necessidade de procedimentos de colheita e enxertia óssea, diminuindo o número de cirurgias de pacientes.