Este artículo se volvió a publicar originalmente de La conversación.
Lanzamiento de un nuevo fármaco al mercado cuesta miles de millones de dólares y puede llevar más de una década. Estas elevadas inversiones monetarias y de tiempo contribuyen en gran medida a los elevados costes sanitarios actuales y son obstáculos significativos para ofrecer nuevas terapias a los pacientes. Una razón importante detrás de estas barreras son los modelos de laboratorio que utilizan los investigadores para desarrollar fármacos en primer lugar.
Ensayos preclínicos, o estudios que prueban la eficacia y toxicidad de un fármaco antes de que entre en ensayos clínicos en personas, se realizan principalmente en cultivos celulares y animales. Ambos están limitados por su escasa capacidad para imitar las condiciones del cuerpo humano. Culturas celulares en una placa de Petri no pueden replicar todos los aspectos de la función del tejido, como la forma en que las células interactúan en el cuerpo o la dinámica de los órganos vivos. Y animales
Menos del 8% de estudios exitosos en animales para terapias contra el cáncer llegan a ensayos clínicos en humanos. Debido a que los modelos animales a menudo no logran predecir los efectos de los medicamentos en los ensayos clínicos en humanos, estas fallas en las últimas etapas pueden aumentar significativamente los costos y los riesgos para la salud del paciente.
Para abordar este problema de traducción, los investigadores han estado desarrollando un modelo prometedor que puede imitar más de cerca el cuerpo humano: el órgano en un chip.
como un químico analítico, he estado trabajando para desarrollar modelos de órganos y tejidos que eviten la simplicidad de los cultivos celulares comunes y las discrepancias de los modelos animales. Creo que, con un mayor desarrollo, los órganos en chips pueden ayudar a los investigadores a estudiar enfermedades y probar medicamentos en condiciones más cercanas a la vida real.
¿Qué son los órganos en chips?
A fines de la década de 1990, los investigadores descubrieron una forma de polímeros elásticos de capa para controlar y examinar fluidos a nivel microscópico. Esto abrió el campo de microfluidosque para las ciencias biomédicas implica el uso de dispositivos que pued en imitar el flujo dinámico de fluidos en el cuerpo, como la sangre.
Los avances en microfluídica han brindado a los investigadores una plataforma para cultivar células que funcionan de manera más similar a como lo harían en el cuerpo humano, específicamente con organos en chips. El “chip” se refiere al dispositivo de microfluidos que encierra las células. Por lo general, se fabrican con la misma tecnología que los chips de computadora.
Los órganos en chips no solo imitan el flujo sanguíneo en el cuerpo, estas plataformas tienen microcámaras que permiten a los investigadores integrar múltiples tipos de células para imitar la diversa gama de tipos de células normalmente presentes en un órgano. El flujo de fluido conecta estos múltiples tipos de células, lo que permite a los investigadores estudiar cómo interactúan entre sí.
Esta tecnología puede superar las limitaciones tanto de los cultivos celulares estáticos como de los estudios en animales de varias formas. Primero, la presencia de fluido que fluye en el modelo le permite imitar tanto lo que experimenta una célula en el cuerpo, como la forma en que recibe nutrientes y elimina los desechos, y cómo un fármaco se moverá en la sangre e interactuará con múltiples tipos de células. La capacidad de controlar el flujo de fluidos también permite a los investigadores ajustar la dosis óptima para un fármaco en particular.
Él pulmón en un chip El modelo, por ejemplo, es capaz de integrar las cualidades mecánicas y físicas de un pulmón humano vivo. Es capaz de imitar la dilatación y la contracción, o la inhalación y la exhalación, del pulmón y simular la interfaz entre el pulmón y el aire. La capacidad de replicar estas cualidades permite a los investigadores estudiar mejor el deterioro pulmonar a través de diferentes factores.
Llevando órganos en chips a escala
Si bien el órgano en un chip empuja los límites de la investigación farmacéutica en etapa inicial, la tecnología ha no ha sido ampliamente integrado en las líneas de desarrollo de fármacos. Creo que un obstáculo central para la adopción generalizada de tales chips es su alta complejidad y poca practicidad.
Los modelos actuales de órgano en un chip son difíciles de usar para el científico promedio. Además, debido a que la mayoría de los modelos son de un solo uso y permiten solo una entrada, lo que limita lo que los investigadores pueden estudiar en un momento dado, su implementación es costosa y requiere mucho tiempo y mano de obra. Él altas inversiones requeridas utilizar estos modelos podría desalentar el entusiasmo por adoptarlos. Después de todo, los investigadores suelen utilizar los modelos menos complejos disponibles para estudios preclínicos a fin de reducir el tiempo y el costo.
Bajar el listón técnico para fabricar y utilizar órganos en chips es fundamental para permitir que toda la comunidad investigadora aproveche al máximo sus beneficios. Pero esto no necesariamente requiere simplificar los modelos. mi laboratoriopor ejemplo, ha diseñado varios chips de tejido “plug-and-play” que son estandarizados y modulares, lo que permite a los investigadores ensamblar fácilmente piezas prefabricadas para ejecutar sus experimentos.
El advenimiento de Impresión 3d también ha facilitado significativamente el desarrollo de órganos en un chip, lo que permite a los investigadores fabricar directamente modelos completos de tejidos y órganos en chips. La impresión 3D es ideal para la creación rápida de prototipos y el diseño compartido entre usuarios y también facilita la producción en masa de materiales estandarizados.
Creo que los órganos en chips tienen el potencial de permitir avances en el descubrimiento de fármacos y permitir que los investigadores comprendan mejor cómo funcionan los órganos en la salud y la enfermedad. Aumentar la accesibilidad de esta tecnología podría ayudar a sacar el modelo del desarrollo en el laboratorio y permitir que deje su huella en la industria biomédica.
Cheng Peng ChenProfesor Asistente de Química y Bioquímica, Universidad de Maryland, Condado de Baltimore. Chengpeng Chen recibe fondos del NIH.