Pesquisas do CTI Renato Archer unem Inteligência Artificial e Biotecnologia para entender melhor doenças que afetam os ossos

As pesquisadoras à frente dos projetos: Juliana Daguano, Luciana Trino Albano e Larissa Ribeiro.

Pesquisadores de diferentes áreas de competência do CTI Renato Archer estão somando forças para investigar o funcionamento de doenças hematológicas graves, como a leucemia linfoide aguda e a anemia falciforme. Dois projetos recém aprovados integram Inteligência Artificial e Biotecnologia para desenvolver modelos físicos e digitais capazes de simular, em ambiente controlado, aspectos do funcionamento dos tecidos ósseos afetados pelas enfermidades. O objetivo é aprimorar estudos experimentais, apoiar a avaliação de respostas a fármacos e gerar conhecimento de forma mais eficiente, contribuindo para reduzir efeitos adversos, tempo de internação e dependência de testes em animais.

Um dos projetos, financiado pela Finep, prevê a criação do Centro Temático de Pesquisa Integrada em Compostos Bioativos, Microfluídica e Enfermidades Raras (CTICARE). Coordenado pela diretora do CTI Renato Archer, Juliana Daguano, e pela pesquisadora e servidora da casa Luciana Trino Albano, ele é focado na anemia falciforme, doença genética hereditária que altera o formato das hemácias, prejudicando o transporte de oxigênio por essas células. Entre as graves complicações associadas à enfermidade estão as manifestações musculoesqueléticas, como osteoporose, osteomielite e necrose óssea — resultado da interrupção persistente do suprimento sanguíneo aos ossos. Essa última eleva substancialmente a necessidade de intervenções cirúrgicas invasivas e aumenta o risco de invalidez, impactando diretamente a qualidade de vida.

Originária do continente africano, a anemia falciforme atinge predominantemente pessoas pretas e pardas. “É uma doença que está bastante presente no Brasil, mas por atingir grupos historicamente vulneráveis, ela acaba sendo negligenciada”, afirma Albano.

O outro projeto, apoiado pela Fapesp por meio do edital Geração, propõe a criação de uma Plataforma Híbrida Inteligente para Regeneração Óssea. Coordenado por Larissa Ribeiro, pesquisadora cujo pós-doutorado está sendo realizado no CTI Renato Archer, o projeto é focado nos efeitos da leucemia linfoide aguda, câncer que afeta principalmente crianças e adolescentes.

Durante a progressão da doença, as células leucêmicas liberam citocinas que levam a uma remodelação óssea descontrolada, provocando comorbidades como dores, fraturas patológicas, redução da densidade mineral óssea e comprometimento funcional crônico do tecido ósseo. A compreensão detalhada dos mecanismos de reabsorção óssea induzidos pela leucemia é essencial para mitigar sequelas a longo prazo e melhorar a qualidade de vida dos sobreviventes.

Ossos em chip e gêmeos digitais

Modelo microfluídico projetado para testes iniciais do projeto CTICARE.

Embora cada projeto possua objetivos, estratégias experimentais e desafios próprios, ambos exploram abordagens complementares baseadas em tecnologias avançadas de modelagem biológica. Os estudos envolvem, como primeira etapa, o desenvolvimento de modelos físicos em microescala que reproduzem aspectos do tecido ósseo esponjoso e do sistema vascular. Esses dispositivos, conhecidos como Bone-on-a-Chip (BoC), consistem em microestruturas tridimensionais que integram culturas celulares humanas em ambientes controlados, permitindo a investigação de processos biológicos associados às doenças e a avaliação de respostas a fármacos em condições mais próximas da fisiologia humana.

Em seguida, será criado um gêmeo digital do BoC – um modelo computadorizado no qual será possível reproduzir os experimentos físicos e realizar simulações. A partir dessa ferramenta, algoritmos de IA preditiva e explicativa serão treinados para prever resultados de variações nos experimentos.

O processo é cíclico: predições feitas no gêmeo digital são testadas no BoC, permitindo refinamentos em tempo real. Discrepâncias entre as previsões computacionais e os resultados experimentais serão utilizadas para calibrar o modelo digital, aumentando sua precisão. O gêmeo digital atualizado guiará ajustes no dispositivo físico, como modificações na geometria dos seus microcanais ou na densidade celular, em um ciclo virtuoso de aprendizado adaptativo.

A expectativa é que, uma vez aperfeiçoada, essa plataforma híbrida reduza a necessidade de testes com animais, que, além de provocarem sofrimento, nem sempre se traduzem facilmente em uma compreensão da doença em humanos. Ela também deve reduzir falhas em testes físicos, minimizando gastos de tempo e recursos laboratoriais e acelerando avanços científicos.

A maior promessa é que a integração do BoC a IA leve a tratamentos cada vez mais personalizados. Em um primeiro momento, os chips serão produzidos utilizando células humanas disponíveis comercialmente, e o gêmeo digital será alimentado com dados experimentais e disponíveis em bancos de dados. Futuramente, a ideia é utilizar células dos próprios pacientes nos BoC e prover a IA com seus dados específicos, levando a terapias mais certeiras. Isso reduziria a necessidade de múltiplos testes com diferentes protocolos de tratamento, poupando os pacientes de efeitos colaterais imprevistos e internações longas.

Parcerias dentro e fora do CTI Renato Archer

A primeira reunião do GT ocorreu no dia 13 de janeiro, no auditório do CTI Renato Archer.

Para viabilizar projetos tão ambiciosos, foi criado um grupo de trabalho integrado por pesquisadores e tecnologistas de diferentes áreas do conhecimento. O primeiro desafio é o compartilhamento de saberes. Para tanto, os especialistas em computação vão ministrar cursos sobre aprendizado de máquina e IA aplicada a dispositivos Organ-on-a-Chip para os especialistas em biotecnologia. Estes, por sua vez, vão capacitar a equipe de IA em conceitos da bioengenharia e biomateriais.

As parcerias se estendem a instituições externas ao CTI Renato Archer: o Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF), o Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), a Universidade Federal do ABC (UFABC), o Centro Infantil Boldrini, o Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (INMETRO), o Organ-on-a-Chip Centre Twente e a startup de manufatura aditiva 593iCAN são apenas algumas dentre as diversas instituições que irão contribuir com recursos e expertise no desenvolvimento dos projetos.

O projeto Finep tem duração prevista de 3 anos, com possibilidade de prorrogação por mais um ano; já o projeto Geração, da Fapesp, será realizado ao longo de 5 anos.

Divisão de Relações Institucionais

Contato: dirin@cti.gov.br