Dos investigadores españoles han creado por primera vez a nivel mundial un modelo funcional de bazo integrado en un chip, este dispositivo en 3D es capaz de realizar las mismas funciones que el órgano in vivo y servirá para probar nuevos tratamientos contra la malaria y otras patologías hematológicas tambiénpermitirá disminuir las pruebas de laboratorio con animales. Este estudio ha sido publicado en «Lab on a Chip».

 

El bazo es un órgano del tamaño de un puño situado en el lado izquierdo de nuestro cuerpo justo debajo del diafragma y detrás del estómago.  Actúa como dos órganos independientes, la pulpa roja filtra y destruye glóbulos rojos y bacterias y la pulpa blanca forma parte del sistema linfático. Su función principal es de defensa, ayuda a nuestro cuerpo a protegerse.

La idea original de crear un bazo en un chip surgió de los grupos del Dr. Hernando A del Portillo, Profesor ICREA del CRESIB centro de investigación de ISGlobal, quien estudia hace varios años el papel del bazo en la malaria y del Dr. Josep Samitier, director del IBEC y catedrático de la Universidad de Barcelona, quien estudia las propiedades reológicas de la sangre, incluyendo aquella parasitada por malaria, para desarrollar sistemas de diagnóstico.

«Debido a las limitaciones éticas y tecnológicas de estudiar el bazo humano, conocido como la ‘caja negra’ de la cavidad abdominal, ha habido muy pocos avances en suestudio», explica Hernando A. del Portillo, del Centro de Investigación en Salud Internacional de Barcelona. Su equipo y el de Josep Samitier, del Instituto de Bioingeneria de Cataluña (IBEC) trabajan conjuntamente para simplificar el estudio de este órgano mediante los sistemas ‘órganos en un chip’. Es un dispositivo que recrea a microescala las propiedades físicas del órgano como si fuera un bazo real. El sistema fluídico del bazo es muy complejo y se ha adaptado evolutivamente para filtrar y destruir selectivamente glóbulos rojos viejos, microorganismos y glóbulos rojos parasitados por malaria. Se ha conseguido simular este difícil entramado a través de un canal lento y otro rápido diseñados para dividir el flujo. Dentro del chip, la sangre circula por el canal lento a través de una matriz de capilares que se parecen al ambiente real donde el porcentaje de glóbulos rojos aumenta y la sangre defectuosa se elimina.

En el siguiente video, Josep Samitier y Hernando A. Del Portillo explican su investigación:

 

Gracias a los grupos de investigación multidisciplinares, donde trabajan físicos, biólogos, químicos, ingenieros electrónicos y farmacéuticos como el grupo de Josep Samitier en el IBEC o el de Geraldine Hamilton en el Instituto Wyss se han creado estos dispositivos microscópicos que en su interior contienen células vivas en un ambiente dinámico y interactuan con otros tipos de células. En estos pequeños chips se intenta recrear la unidad funcional más pequeña que representa la bioquímica, la función y las tensiones mecánicas que las células experimentan en el cuerpo.

Estos dispositivos son el resultado de combinar células madre pluripotentes con biomateriales que intentan reproducir al máximo las condiciones fisiológicas.

Por ejemplo, el equipo de Donald E.Ingber  y Dongeun Huh del Wyss Institute de la Universidad de Harvard ha conseguido diseñar un pulmón en un chip. Para reproducir las mismas condiciones que las células tienen en los pulmones usaron chips para ordenadores que son de la medida adecuada para poderinstalar las células y su ambiente. En su interior hay tres canales fluidos, en el centro se sitúa la membrana porosa con las células pulmonares en la parte superior y por debajo están las células capilares. El aire fluye por el canal superior y un líquido con nutrientes pasa por el microcanal sanguíneo. Además se aplicaron unas fuerzas mecánicas al chip para estirar y contraer la membrana donde están las células para que estas sientan las mismas fuerzas que en el pulmón cuando respiramos. “Cualquier cosa que requiera control dinámico en lugar de controlsólo estático es un gran reto” comenta Takayama de la Universidad de Michigan.

Este pulmón un chip es capaz de simular una infección y se puede analizar en este diminuto dispositivo como se desarrolla toda la respuesta inmunológica de nuestro cuerpo ante un agente extraño.

En el Instituto Wyss también desarrollaron un intestino en un chip implantando una capa sencilla de células intestinales humanas en una membrana flexible y porosa, que a su vez está adosada a las paredes plásticas y transparentes del chip. Al aplicar una bomba de vacío al aparato, la membrana se estira y se contrae, emulando los movimientos intestinales de la peristalsis. El dispositivo es tan parecido al intestino humano que hasta los mismos microbios se adhieren a su superficie. Este modelo puede servir para estudiar el síndrome de colon irritable que afecta a muchas personas y no hay buenos tratamientos.

Actualmente, el equipo de Harvard ha desarrollado efectivamente emuladores de intestino, pulmón, corazón, hígado, riñón, páncreas, piel y médula ósea.

Todos estos trabajos forman parte del programa “Tissue Chip for Drug Testing“ que esta financiado por los InstitutosNacionales de Salud (NIH, por sus siglas en inglés), la Administración de Alimentos y Fármacos (FDA) y la Agencia de Defensa de Proyectos de Investigación Avanzada (DARPA), un proyecto de investigación de 70 millones de dólares.

Pero lo realmente emocionante de toda esta tecnología puede llegar en un futuro no muy lejano. Los investigadores del Instituto Wyss han firmado un acuerdo con DAPRA para desarrollar un instrumento automatizado que integre diez órganos humanos en un chip y enlazarlos para crear una especie de `humano virtual en un chip´.  La idea es conseguir un sistema multicanal con un liquido en su interior que interconecte varios chips diferentes.  Este sistema permitirá a las empresas farmacéuticas estudiar como afectan las drogas a nuestro cuerpo y como afecta la reacción de un órgano sobre otro. Cuando tomamos una medicina esta produce un efecto beneficioso en un órgano pero puede empeorar el funcionamiento de otro, con estos dispositivos se podrá estudiar los efectos secundarios que producen los medicamentos. Se podrá comenzar a estudiar la respuesta dinámica del cuerpo ante cierta medicina.

Esto podrá causar una revolución y cambiar las reglas del juego, no solo en la industria farmacéutica, sino en muchas otras industrias como por ejemplo la de los cosméticos.

 

El futuro de los ensayos clínicos

Puede llegar a ser relativamente fácil pensar en una nueva molécula para tratar una cierta enfermedad. Lo difícil es probarla in vivo, lo que está retardando la llegada al mercado de nuevos tratamientos prometedores. El centro Tufts para el Estudio del Desarrollo de medicamentos estima que el coste promedio de lanzar una nueva molécula al mercado actualmentese sitúa en 2.039 millones de euros. Este coste se ha incrementado en los últimos diez años debido al aumento de los gastos de desarrollo y la alta tasa de fracaso al pasar de la investigación a la fase clínica. Los instrumentos que disponemos en la actualidad para probar si un medicamento va a funcionar, va a ser eficaz y seguro antes de probarlo con humanos, están fallando, no predicen lo que va a suceder a los futuros pacientes.

Por una parte están los estudios con animales. Los animales son muy útiles para predecir como funcionara un medicamento en un organismo complejo pero en muchos casos no pueden extrapolar con exactitud las respuestas en humanos debido a que no pueden imitar exactamente la fisiología humana y por lo tanto no responden igual ante un mismo estímulo.

La otra opción son los cultivos celulares. Estos son bidimensionales, planos y no se comportan como lo hace un órgano dentro del organismo en consecuencia las células no se sienten cómodas en este nuevo ambiente.

Los órganos en un chip, por tanto, aportan resultado más rápidos, rentables y precisos a la hora de determinar la eficacia o la toxicidad de un fármaco.

Los órganos en chips pueden cambiar la manera de hacer ensayos clínicos en el futuro. En la actualidad, se utilizan participantes promedios y no pueden participar niños ni embarazadas. Si se pudiera crear poblaciones en un chip se podría predecir con exactitud la reacción que provoca un medicamento en un niño, una embarazada o bien un grupo poblacional concreto. Sería maravilloso poder coger células de esos diferentes grupos poblacionales, ponerlas en chips, y obtener poblaciones enteras en un chip.

Y todavía se puede ir más allá. Todos nosotros somos individuos, con diferencias genéticas importantes que implican que podemos reaccionar de distintas maneras y algunas veces de forma impredecible ante ciertas medicinas. Que útil sería poder coger tus propias células cultivarlas en un chip y predecir como actuará una droga solo en tu cuerpo. Sería un chip personalizado solo tuyo. Un paso más para llegar a la medicina personalizada.

Esto puede verdaderamente cambiar la manera de hacer pruebas clínicas. De ser exitosos, estos pequeños chips revolucionarían el ámbito médico.

Este proyecto no sólo es una gran promesa para la comunidad científica y los pacientes que esperan un avance médico que les salve la vida, sino también para todas las personas y organizaciones que quieren el fin de la experimentación con animales, en todos los ámbitos, pero especialmente en el ámbito biomédico.

“Este es un excitante ejemplo de cómo la innovación de hoy puede producir un modelo más humano y seguro para entender cómo funcionan las enfermedades sin necesidad de provocar sufrimiento a los animales. Los Estados Unidos actualmente están a la vanguardia en la financiación de alternativas al uso de animales, y ya es tiempo que Reino Unido también se sume a esta tendencia”, declaró Dr. Katy Taylor,consejera científica de la Unión Británica por la Abolición de la Vivisección (BUAV).

En conclusión, el proyecto Organ-on-a-Chip viene a revolucionar la medicina. Y lo mejor, es que está a la vuelta de la esquina. Se espera que el pequeño dispositivo esté disponible comercialmente en un plazo aproximado de cinco años.

Os dejo con un vídeo de Geraldine Hamilton, investigadora del Instituto Wyss en la Universidad de Harvard, en una conferencia TEDxBoston:

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