Gracias a este avance las membranas de colágeno podrían sustituir a los animales de laboratorio
Para estudiar enfermedades y sus posibles tratamientos, por años los científicos han cultivado células en cajas de Petri e incluso utilizado cientos modelos animales en la búsqueda por obtener resultados más cercanos acerca de cuál sería su respuesta y efectividad en los humanos. Desafortunadamente, hasta ahora ninguno de estos enfoques tradicionales había logrado imitar por completo lo que ocurre en el cuerpo humano, pero un nuevo avance de la ciencia médica propone que unos revolucionarios microchips podrían poner fin a las pruebas en animales de laboratorio.
Los ahora llamados ‘órganos en chip’ son utilizados para probar productos fármacos y cosméticos recientemente desarrollados; para observar cuál sería la respuesta de los químicos o condiciones ambientales sobre el tejido humano, los chips son capaces de imitar las funciones clave de algunos órganos tal y como lo harían en el cuerpo humano.
Microchips que prometen revolucionar el mundo de la medicina
Científicos alrededor del mundo han descubierto y comenzado a utilizar un nuevo método para cultivar células vivas en pequeños chips microfluídicos que tienen el tamaño de una memoria USB.
Cada chip cuenta con pequeños canales de menos de un milímetro de diámetro dentro de los cuales se colocan células humanas vivas extraídas de un órgano en específico. Cuando se bombean los nutrientes, aire, sangre y compuestos a probar por estos canales, los chips recrean lo que sucedería en el sistema de tejidos del cuerpo humano.
Este gran avance médico no sólo promete ofrecer una solución alternativa a los cultivos celulares y las pruebas en animales; también podrían ser utilizados para desarrollar ‘medicinas a la medida’ para pacientes específicos.
El revolucionario método también promete salvar vidas animales
Más de 100 millones de animales son utilizados cada año en experimentos de laboratorio alrededor del mundo; sin embargo los estudios clínicos en animales no son completamente fieles a la biología humana.
Por su parte, los “órganos en chip” posicionan células humanas reales dentro de la ingeniería de un micro-entorno controlado y podrían ser utilizados en modelos de desarrollo de enfermedades y medicina personalizada. Además podrían permitir que obtengamos imágenes en tiempo real de células humanas en alta resolución y poder monitorear su funcionamiento molecular.
El primero mini órgano en ser desarrollado en su totalidad fue el chip de un pulmón, pero también se han desarrollado chips de riñones, hígado, corazón, médula ósea e intestinos.
Los pasos siguientes
Actualmente se trabaja en el desarrollo de chips de piel humana para la industria cosmética; esto permitiría probar los efectos específicos de los fármacos con mayor exactitud y velocidad. Además, los investigadores trabajan sobre modelos para replicar y estudiar el asma y también han utilizado los ‘órganos en chip’ para construir modelos 3D de tumores, lo que les ha permitido estudiar la interacción de células cancerígenas con otros tipos de células.
Otro dato impresionante es que los ‘órganos en chip’ pueden ser personalizados. Al ser construidos utilizando células madre derivadas del propio paciente, es posible construir un modelo de estudio específicamente para él, que pueda imitar y replicar las reacciones de sus órganos.
El nuevo reto consiste en desarrollar un ‘humano en chip’ a partir de múltiples chips que representarían a los órganos humanos. De lograrlo, esto podría ser utilizado para predecir la toxicidad de los fármacos en el cuerpo entero y permitiría a los científicos estudiar mecanismos biológicos y el comportamiento fisiológico de múltiples órganos en el cuerpo humano de una forma que nunca ha sido posible observar.
¿Cómo funcionan los chips?
Las membranas utilizadas anteriormente normalmente eran compuestas por un par de polímeros translúcidos flexibles, o bien, de plásticos que rodean a una membrana porosa. Efectivamente las células humanas extraídas de un órgano eran capaces de crecer tanto en el polímero como en la membrana; sin embargo, debido a que la membrana misma a menudo estaba hecha de plástico, era muy común que interrumpiera las interacciones celulares y por ende de arrojar resultados sesgados. Por lo tanto, Abhinav Bhushan y sus colegas del Instituto de Tecnología de Illinois intentaron crear una membrana más natural que pudiera estimular el crecimiento y desarrollo normal de las células humanas.
En su búsqueda por lograr un mejor diagnóstico y tratamiento para afecciones digestivas como la enfermedad inflamatoria intestinal, el grupo de científicos desarrolló la primera membrana de su tipo basada en colágeno para su uso en microchips. Según informan, esta membrana es más natural que otras disponibles, y podría permitir que los órganos con chips repliquen con mayor precisión cómo las células intestinales sanas se enferman y cómo reaccionan a los tratamientos farmacológicos.
Los investigadores produjeron tres tipos de dispositivos microfluídicos. Uno no tenía membrana, y el segundo tenía una membrana derivada de plástico. Para el tercer dispositivo, el equipo de investigación utilizó colágeno para formar la membrana, pues como sabemos, el colágeno es una de las proteínas más comunes en el cuerpo y ayuda a formar los tejidos conectivos. Luego, colocaron células de colon humano en cada dispositivo.
Después de 5 días, la evaluación microscópica reveló que las células del colon en la membrana de colágeno eran mucho más viables en comparación con las que crecían en los otros dispositivos. Además, las células cultivadas en la membrana de colágeno estaban más diferenciadas y también parecían integrarse con las fibras de colágeno para remodelar el micro-ambiente. Así fue como los investigadores del Instituto de Tecnología de Illinois concluyeron que el uso de membranas basadas en colágeno en dispositivos de órgano en un chip podía mejorar el crecimiento, la viabilidad y la función de barrera de las células del colon humano y que el método probablemente podría extenderse a las células de otros órganos.
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