La investigación, liderada por el Instituto Wyss de Ingeniería Inspirada Biológicamente de la Universidad de Harvard, abre la puerta a sistemas de análisis más precisos, al tiempo que podría eliminar la necesidad de efectuar test farmacológicos en animales.
El experto al frente de este equipo de científicos, Donald Ingber, ya creó en 2010 el primer modelo humano de un pulmón sobre un chip, con el que logró reproducir su fisiología y patofisiología con una alta fiabilidad.
Estos “órganos en chips”, explican los autores en un comunicado, son dispositivos de cultivos microfluídicos compuestos de un polímero flexible transparente del tamaño de un “pincho de memoria” de ordenador, el cual contiene dos canales huecos separados por una membrana porosa.
Los investigadores recuerdan que los análisis farmacocinéticos (PK, sus siglas en inglés) y farmacodinámicos (PD) requieren sistemas multiorgánicos vinculados a través de la perfusión vascular.
En este sentido, los expertos deben recurrir a animales vivos en tests preclínicos cuando quieren determinar la farmacocinética de un producto que implica la cuantificación de su absorción, distribución, metabolismo y excreción, que, en conjunto, determinan los niveles de un medicamento en la sangre.
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También experimentan con animales vivos para analizar la farmacodinámica del fármaco en cuestión y sus efectos sobre los órganos a los que está dirigido, lo cual revela su mecanismo de acción y sus efectos adversos.
Para superar estas trabas, los expertos del Instituto Wyss se fijaron el reto de crear “cuerpos en chips” a través de la transferencia de fluidos entre los canales vasculares de muchos tipos diferentes de “órganos en chips”.
De esta manera, exponen, se podría imitar el flujo sanguíneo y evaluar los comportamientos farmacocinéticos y farmacodinámicos de un determinado medicamento en todo un sistema interconectado.
Con el objetivo cumplido, ahora presentan una plataforma de cuerpos en chips altamente modular que está habilitada por un instrumento interrogador capaz de cultivar hasta 10 “órganos en chips” diferentes.
Estos, destacan, también pueden transferir secuencialmente fluidos entre sus canales vasculares recubiertos de endotelio para imitar el flujo sanguíneo humano normal que ocurre en los diferentes órganos del cuerpo.
Después, prosiguen, usaron un método de escala computacional para interpretar los datos obtenidos en experimentos farmacológicos con tres tipos diferentes de “órganos en chips” vinculados de “manera fluida” a las dimensiones de sus respectivos órganos en un cuerpo humano real.
Este enfoque, celebran, es capaz de predecir cuantitativamente los cambios en los niveles de los fármacos a lo largo del tiempo, así como las toxicidades específicas de órganos que se han medido previamente en pacientes humanos.
“En este estudio vinculamos en serie los canales vasculares de ocho ‘órganos en chips’ diferentes, incluido el intestino, hígado, riñón, pulmón, piel, barrera hematoencefálica y cerebro, usando un sustituto de la sangre común altamente optimizado, al tiempo que perfusionamos de forma independiente los canales recubiertos de células de órganos específicas”, detalla Richard Novak, coautor del trabajo.
El “instrumento interrogador”, concluye, logró mantener “la viabilidad” de todos los tejidos y sus funciones “específicas de órgano durante más de tres semanas”, lo que permitió a los expertos “predecir cuantitativamente la distribución específica de tejido de una sustancia química en todo el sistema”.
