Construyendo un órgano en un chip

La forma en que las compañías farmacéuticas prueban los medicamentos no funciona, y Donald Ingber tiene una idea de cómo solucionarlo.

Los científicos generalmente prueban productos farmacéuticos potenciales en animales, pero la mayoría de las veces, las predicciones de los animales fallan cuando un compuesto se prueba en humanos, dice Ingber, director del Instituto Wyss de la Universidad de Harvard. Realizar pruebas iniciales en personas, por supuesto, es demasiado peligroso. Nuestra solución propuesta es hacer estudios con células humanas, dice, pero no solo células en un plato, células que exhiben estructuras y funciones similares a órganos.

Esta historia fue parte de nuestro número de julio de 2012

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Para lograr esto, Ingber y su equipo están desarrollando una colección de dispositivos a microescala que replican las estructuras y entornos de órganos humanos reales más de cerca que un simple plato de cultivo.

El primer órgano del Instituto Wyss fue un pulmón respiratorio en un microchip. El dispositivo transparente, del tamaño de un pulgar, está hecho de materiales compatibles con las células y sirve como plataforma para el crecimiento de células pulmonares humanas. Pequeños canales atraviesan el dispositivo. El aire y el líquido fluyen a través de los canales centrales, donde crecen las células pulmonares, y debido a que el dispositivo es flexible, los científicos pueden aplicar presión de vacío a los canales laterales para que los canales centrales se expandan y contraigan, al igual que los pulmones humanos. El equipo ha demostrado que tales fuerzas mecánicas afectan el comportamiento de las células. En el caso de las células pulmonares, la respiración mecánica les ayuda a absorber las partículas que fluyen en la cámara de aire.

Más recientemente, el instituto ha desarrollado un intestino humano en un microchip. El canal central del dispositivo, que está revestido con células humanas, puede someterse a movimientos en forma de ondas que imitan el movimiento de los intestinos durante la digestión. En el chip, las células forman estructuras similares a dedos conocidas como vellosidades que son importantes para la absorción de nutrientes y otros compuestos. Estas estructuras no se forman cuando las células se cultivan en un plato, lo que sugiere que las células se sienten más cómodas en el dispositivo. Los científicos también pueden cultivar bacterias intestinales comunes junto con las células intestinales en el canal. En una placa de cultivo, las bacterias generalmente superan a las células humanas, dice Ingber; ahora podemos estudiar interacciones mucho más complejas.

De forma individual, cada chip similar a un órgano brinda a los investigadores la oportunidad de estudiar las células humanas en un entorno más natural y de probar cómo responden a las drogas y las toxinas. Pero Ingber está trabajando para lograr una visión más amplia en la que varios de los chips estén conectados entre sí. Al conectar las versiones microfluídicas de un corazón, pulmón, intestino, riñón y más, creen Ingber y sus compañeros de trabajo, podrán estudiar mejor cómo el cuerpo procesa y responde a varios compuestos.

Un proyecto en curso con Kevin Kit Parker, miembro de la facultad de Wyss, es probar los efectos negativos de los fármacos inhalados en el corazón, un problema de larga data en el descubrimiento de fármacos. La toxicidad cardíaca es en realidad la principal causa de fracaso de los medicamentos, independientemente de a qué se dirijan, dice Ingber.

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