Cómo estudiar el cuerpo entero en un chip

|Amparo Tolosa, Genética Médica News|

 

 

Investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts han desarrollado una plataforma de microfluidos que contiene tejido de hasta 10 órganos y permite estudiar interacciones entre los diferentes órganos y tejidos humanos.

Si pensamos en el cuerpo humano podemos considerar que el todo es más que la suma de las partes. Los diferentes órganos y tejidos del organismo están conectados a través de la circulación sanguínea y muchos de ellos se comunican entre sí por medio de moléculas de señalización como hormonas o citoquinas.

cuerpo entero en un chip

Plataforma de microfluidos que contiene tejido de hasta 10 órganos y permite estudiar interacciones entre los diferentes órganos y tejidos humanos, desarrollada por Instituto de Tecnología de Massachusetts. Imagen: Felice Frankel.

Conocer este tipo de relaciones o interacciones cobra gran importancia a la hora de diseñar un fármaco o determinar su efectividad. Un fármaco que resulta inocuo para un órgano puede ser tóxico para otro. La forma tradicional de estudiar la respuesta a los fármacos antes de llegar a la etapa de los ensayos clínicos en personas es utilizar cultivos celulares, muestras de pacientes o modelos animales. Sin embargo, estas aproximaciones no siempre revelan efectos secundarios de los fármacos que pueden tener relevancia  para los humanos. Además, en el caso de los modelos animales, los resultados obtenidos no siempre pueden ser trasladados a la especie humana debido a las diferencias entre especies en algunos procesos biológicos.

“Algunos de estos efectos son muy difíciles de predecir a partir de modelos animales, porque las situaciones que llevan a ellos son idiosincráticas,” señala Linda Griffith, profesora de Ingeniería Biológica e Ingeniería Mecánica en el MIT y directora del trabajo. “Con nuestro chip puedes distribuir  un fármaco y entonces buscar los efectos en otros tejidos, y medir la exposición y cómo es metabolizado.”

Con el objetivo de resolver estas limitaciones un equipo de investigadores del instituto de Tecnología de Massachusetts ha desarrollado un sistema que contiene diez mini-órganos humanos conectados entre sí que recrea la circulación de moléculas y metabolitos entre los órganos y permite evaluar de forma global la reacción de un organismo a un fármaco concreto.

Desarrollar un chip que con el que estudiar de forma conjunta la respuesta a un compuesto de los principales órganos del cuerpo requería que los investigadores superaran ciertos retos: crear y mantener sistemas fisiológicos a nivel microscópico a partir de células de pacientes o células madre pluripotentes diferenciadas, diseñar y fabricar un soporte físico que pudiera servir de soporte para los tejidos y permitiera conectarlos mediante microfluidos, seleccionar un medio de cultivo compatible para todos los tipos celulares y por último, tener en cuenta otros factores prácticos de diseño y toma de muestras.

 

La plataforma desarrollada por el equipo permite replicar el recorrido de un fármaco tras ser ingerido y observar su metabolismo. Imagen: Pixabay.

 

En el trabajo los investigadores describen el desarrollo e implementación de diferentes plataformas con cuatro, siete y hasta diez microórganos.  En ellas reproducen las principales características fisiológicas de diversos órganos, que además están conectados entre sí recreando la circulación de hormonas y citosinas, producción de metabolitos y otros rasgos.  Diferentes minibombas controlan el flujo de líquido entre los miniórganos para hacer esto posible.  En el caso de la plataforma de 10 miniórganos se recrean tejidos y procesos biológicos del hígado, páncreas, estómago, pulmón, corazón, músculo, cerebro, endometrio, piel y riñón. Cada uno de ellos está representado por agrupaciones de entre un millón a dos millones de células.  Además, en la mayoría de los casos las células proceden de pacientes.

La plataforma desarrollada por el equipo permite replicar el recorrido de un fármaco tras ser ingerido y observar cómo es transportado desde el sistema que representa el intestino a otros tejidos además de cuál es la respuesta de estos últimos. En este contexto, podría resultar de gran utilidad para estudiar el metabolismo de los fármacos y la respuesta del organismo a los mismos. Especialmente al tener en cuenta que puede ser combinado con información genética.

“Este estudio ilustra de forma maravillosa que las aproximaciones con múltiples sistemas microfisiológicos  ‘fisioma en un chip’ que combinan el fondo genético de las células humanas con volúmenes fisiológicamente relevantes de tejido y medio, permiten la predicción precisa de farmacocinética de fármacos, y absorción, distribución, metabolismo y excreción de fármacos.” Señala Kevin Healy, profesor e investigador en bioingeniería de materiales en la Universidad de California en Berkeley, no implicado en el estudio.

La plataforma también permite modelar lo que ocurre en determinadas enfermedades humanas. Por ejemplo, en la actualidad, el equipo de Griffith está desarrollando un sistema para modelar la enfermedad de Parkinson, que incluye tejido de cerebro, hígado y gastrointestinal. Con él la investigadora estudiará la posible influencia de bacterias del intestino en el desarrollo de la enfermedad.

Investigación original: Edington CD, et al. Interconnected Microphysiological Systems for Quantitative Biology and Pharmacology Studies. Sci Rep. 2018. Doi: http://dx.doi.org/10.1038/s41598-018-22749-0

Fuente: “Body on a chip” could improve drug evaluation. http://news.mit.edu/2018/body-chip-could-improve-drug-evaluation-0314

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