Los primeros
órganos-chips están llegando al mercado y usando células humanas, los
órganos-en-un-chip simulan las estructuras de los tejidos y los movimientos
mecánicos del cuerpo, y traen la promesa de acelerar el descubrimiento de
nuevas drogas, la disminución de costos de desarrollo de nuevas drogas y potencialmente
acercarnos a una medicina personalizada en el futuro. Los órganos-miniatura hoy
en día ya operativos incluyen chips del
hígado, del pulmón y del corazón, además están en desarrollo chips que replican
el riñón, el intestino, la grasa corporal, el hueso y la piel.
En este artículo,
aparte de las características de estos órganos-en-un-chip y las oportunidades
que ellas presentan, se describe en un detalle mayor un chip-del-hígado y un chip-del-pulmón.
Este último, además logró la hazaña de obtener el premio del Diseño del Año
2015, concedido por el Museo del Diseño de Londres, uno de los más importantes
en el mundo y el cual corresponde a la imagen que acompaña a este escrito. Lo
que leeremos a continuación es tan sorprendente que es preferible que cada uno
saque sus propias conclusiones sobre el avance de la tecnología y de que otras
maneras veremos nuestras vidas cambiadas en el futuro:
Características
del órgano-en-un-chip
Para describir las
características del órgano-en-un-chip se puede resaltar lo siguiente:
·
La mayoría de los órganos-en-un-chip se
fabrican usando un material sintético, tal como un polímero.
·
Los chips contienen estructuras
diminutas en donde las células humanas cultivadas se pueden adherir.
o Dada
las condiciones apropiadas, las células naturalmente se reacomodan tal como lo
harán en el cuerpo humano y comienzan a comportarse tal como si estuvieran
allí.
o Los
investigadores del corazón-en-un-chip de Berkeley reportan que 24 horas después
de colocadas las células comienzan a latir por cuenta propia a la tasa de 55-80
latidos por minuto.
·
Cada tipo de chip requieres acciones y
condiciones complementarias propias y como ejemplo:
o Para
el hígado-en-un-chip se aplica un técnica denominada Microfluídica para
trasladar un fluido que simula la sangre.
o Otras
células, como las del pulmón, pueden requerir una acción mecánica, que simula
la respiración.
·
Los chips no contienen órganos
completos, solo el mínimo de colonias de células necesarias para replicar las
funciones del órgano.
·
Se aprovechan células de órganos
donados, los cuales por diferentes razones, no se les consideró apropiadas para
realizar trasplantes. Estas células se
mantienen congeladas hasta que se les requiera.
Las oportunidades
que presenta el órgano-en-un-chip
Dependiendo de la
aceptación por parte de las agencias de regulación:
·
Tiene el potencial de disminuir el uso
de animales para las prueba de drogas nuevas, ya que los animales no
necesariamente son buenos análogos de los humanos debido a diferencias
fundamentales en biología.
·
Las pruebas usando placas de
laboratorio no siempre son confiables, ya que frecuentemente las células dejan
de funcionar allí.
·
La data más realística que parecen ofrecer
los órganos-en-un-chip podría acelerar el desarrollo de drogas y le permitiría
a los investigadores hacer experimentos considerados riesgosos para los
voluntarios humanos.
·
A través de la conexión de varios chips
los investigadores podrían estudiar las reacciones de un órgano sobre el otro.
Como ejemplo, una droga con efectos beneficiosos para el corazón podría ser
metabolizada por el hígado produciendo resultados tóxicos.
·
DARPA, la agencia de investigación del
Departamento de Defensa (donde nació Internet, por cierto) quiere lograr que
haya diez órganos-en-un-chip. El interés militar reside en disponer de
tratamientos para incidentes nucleares y biológicos.
·
Disponiendo de suficientes
órganos-en-un-chip, uno podría imaginar el día en que se pudiera crear el
equivalente a un cuerpo humano-en-un-chip!!!
Pulmón-en-un-chip
Este
micro-dispositivo desarrollado en Harvard funciona a través de la recreación de
las interfaces de órganos humanos dentro de un “chip” de polímero transparente,
de manera que el comportamiento de bacterias, de drogas y de glóbulos blancos
humanos pueden ser fácilmente monitoreados a través de un microscopio. Un canal
mínimo atraviesa el chip a través del centro, este canal está dividido a través
de su longitud y por el medio por un membrana porosa, que tiene células de
pulmón humano en un lado y celulares capilares de la sangre por el otro. Al
hacer pasar a través del canal una solución similar-a-la-sangre, mientras que
simultáneamente se aplica un movimiento de flexión y estiramiento usando un
vacío, el chip puede simular el proceso de respiración.
Diseño del año:
Pulmón-en-un-chip
El primer pulmón-en-un-chip
ahora es ganador del premio del Diseño del Año 2015 concedido por el Museo del
Diseño de Londres. La curadora de diseño del Museo de Arte Moderno de Nueva
York dijo que “”Esta es la mejor muestra de innovación en el diseño” y ella fue
quién nominó el proyecto para el premio y además adquirió órganos-en-un-chip
para la colección permanente del museo. Cuándo Harvard publicó inicialmente sus
hallazgos relacionados con los chips en el año 2010 esto era algo puramente
científico. Ahora solo cinco años más
tarde, no solo pasó a formar parte del colección de diseño más famosa del
mundo, sino que ganó el premio de Diseño del Año y es un producto operativo.
Hígado-en-un-chip
En un laboratorio
recién abierto en el Norte de Londres se está ejecutando un experimento para
descubrir como el hígado responde a una nueva droga. Normalmente este tipo de experimento se
realizaría usando células vivas en filas de platillos o en animales como ratas
o perros. Pero para este experimento se usa un pequeño dispositivo del tamaño
de un teléfono inteligente. Este contiene un hígado miniatura hecho con células
humanas y promete resultados más confiables. Se trata de una de las versiones
de lo que los bio-ingenieros llaman un “órgano-en-un-chip” y fue diseñado
específicamente para ayudar a los investigadores a encontrar una cura para la
Hepatitis B, una infección viral del hígado.
El modelo actual de
este hígado-en-un-chip contiene 12 hígados miniatura, de manera que se pueden
realizar varios experimentos en forma simultánea. Ya está bajo desarrollo un
chip con 36 hígados. La empresa estará licenciando la tecnología a otros
laboratorios y proveerá pruebas para los investigadores. El precio para una
prueba básica de toxicidad comienza alrededor de US$22.000. Esto puede parecer
costoso, sin embargo para comparar, un estudio simple utilizando ratas puede
tomar más de un mes y costar más de US$50.000 y un análisis más complejo puede
exceder el millón de dólares. Por ello, la reducción de sustancias candidatas
para la introducción de una nueva droga puede exceder mil millones de
dólares.
La búsqueda de
sangre nueva
Todavía quedan
algunos obstáculos que superar. El plástico con el que se fabrican los chips
debe ser mejorado de manera que pueda absorber ciertos compuestos, incluyendo
drogas, que puedan afectar el resultado. Para que los órganos se interconecten
se necesita un sustituto-universal-para-la sangre. Este sería un solo cultivo que pudiera
soportar todas las células como lo hace la sangre.
Puede que tome una
década o más antes que los órganos-en-un-chip reduzcan significativamente el
uso de animales en los laboratorios. Pero a medida que la tecnología mejora y
se le entiende mejor, los reguladores más conservadores adquirirán suficiente
confianza de manera que se comiencen a sustituir las pruebas obligatorias con
animales con órganos-en-un-chip
