Simulaciones
en miniatura permiten a los científicos estudiar los mecanismos fisiológicos y
comportamientos en formas nunca antes posible, creando oportunidades para el
desarrollo de fármacos.
Fuera de las tiendas de efectos especiales de Hollywood, usted no
encontrará órganos humanos vivientes flotando en laboratorios de biología.
Dejando de lado todas las dificultades técnicas que conllevan mantener vivo un
órgano fuera del cuerpo, los órganos completos son demasiado preciados para
trasplantes como para poder usarse en experimentos. Sin embargo, muchos
estudios biológicos importantes y pruebas prácticas de drogas pueden realizarse
únicamente mediante el estudio de un órgano mientras está en funcionamiento.
Una nueva tecnología podría llenar esta necesidad al cultivar piezas
funcionales de órganos humanos en miniatura, sobre microchips.
En 2010, Donald Ingber del Instituto Wyss desarrolló un
pulmón-en-un-chip, el primero de su clase. El sector privado rápidamente se
metió en el campo, con empresas como Emulate, encabezados por Ingber y otros
del Instituto Wyss, formando asociaciones con investigadores en la industria y
el gobierno, incluyendo DARPA, la agencia de EU para el desarrollo de proyectos
de investigación avanzada. Hasta ahora, varios grupos han informado sobre sus
éxitos creando modelos en miniatura del pulmón, hígado, riñón, corazón, médula
ósea y córnea. Otros sin duda se unirán a la lista.
Cada órgano-en-un-chip es aproximadamente del tamaño de una memoria USB.
Está hecho de un polímero flexible y translúcido. Tubos de microfluidos, cada
uno de menos de un milímetro de diámetro y alineados con las células humanas
tomadas del órgano de interés, se ejecutan en patrones complejos dentro del
chip. Cuando los nutrientes, sangre y compuestos de prueba, tales como fármacos
experimentales, son bombeados a través de los tubos, las células realizan
algunas de las funciones clave de un órgano vivo.
Los compartimentos dentro del chip se pueden organizar para simular la
estructura particular de un tejido del órgano, tales como un pequeño saco de
aire en un pulmón. Así, por ejemplo, cuando aire corre a través de un canal, se
puede simular con mucha precisión la respiración humana. Mientras tanto, la
sangre mezclada con bacterias puede ser bombeada a través de otros tubos, y los
científicos pueden observar cómo las células responden a la infección, todo
ello sin ningún riesgo para una persona. La tecnología permite a los
científicos ver los mecanismos biológicos y comportamientos fisiológicos nunca
antes vistos.
Los microchips de órganos también darán un impulso a las empresas que
desarrollan nuevos medicamentos. Su capacidad para emular a los órganos humanos
permite pruebas más realistas y precisas de los fármacos candidatos. Por
ejemplo, el año pasado un grupo utilizó un chip para imitar la forma en que las
células endocrinas secretan hormonas al torrente sanguíneo y lo utilizaron para
realizar pruebas cruciales de un medicamento para la diabetes.
Otros grupos están explorando el uso de órganos-en-chip en la medicina
personalizada. En principio, estos microchips podrían ser construidos usando
células madre derivadas de los propios pacientes, y luego las pruebas se
podrían realizar para identificar las terapias individualizadas que tengan más
probabilidades de tener éxito.
Hay razón para esperar que los órganos miniatura puedan reducir en gran
medida la dependencia de la industria farmacéutica de realizar pruebas de
compuestos experimentales en animales. Millones de animales son sacrificados
cada año en este tipo de pruebas, y la práctica provoca polémica.
Consideraciones éticas aparte, se ha demostrado que es en gran medida un
desperdicio –las pruebas en animales rara vez proporcionan una previsión fiable
de cómo los seres humanos van a reaccionar al mismo fármaco–. Los exámenes
realizados en los órganos humanos miniaturizados podrían hacerlo mejor.
Investigadores militares y de biodefensa ven el potencial de los órganos
en chip para salvar vidas de una manera diferente. El pulmón simulado, y otros
dispositivos como este, podrían ser el próximo gran paso en pruebas para
determinar la respuesta a armas radiológicas, biológicas o químicas. Hoy no es
posible hacer esto, por razones éticas obvias.
Fuente: scientificamerican.com / Dr. Nayef Al-Rodhan
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