Órganos-en-chips permiten explorar nuevos ángulos de la biología humana

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