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Organ-on-a-Chip imita una enfermedad pulmonar mortal
Investigadores del Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica en la Universidad de Harvard han demostrado que su tecnología de pulmón en un chip puede imitar una afección pulmonar potencialmente mortal. También informan que los científicos pueden descubrir nuevos aspectos de la enfermedad utilizando el chip pulmonar que no se encontrarían con experimentos con animales.
Pulmones de laboratorio: El líquido y el aire se bombean a los diferentes canales de este pulmón en un chip para imitar la función pulmonar humana.
El estudio , publicado en el día de hoy Medicina traslacional de la ciencia , es la primera demostración definitiva de que los chips que imitan órganos del instituto, que incluyen un intestino, un corazón y un riñón (consulte Construir un órgano en un chip), se pueden utilizar para modelar una enfermedad e incluso probar fármacos candidatos.
El dispositivo de pulmón en un chip es un bloque de polímero transparente y flexible del tamaño de un pulgar perforado por dos canales diminutos separados por una membrana delgada. El aire fluye a través de un canal, que está revestido de células pulmonares humanas; un líquido rico en nutrientes que actúa como sustituto de la sangre fluye a través del otro, que está revestido de células de los vasos sanguíneos. Un vacío aplicado al chip mueve los canales para recrear la forma en que los tejidos pulmonares humanos se expanden y contraen físicamente al respirar.
El estudio, dirigido por el miembro del Instituto Wyss, Dongeun Huh, se centró en el edema pulmonar, una afección en la que el líquido y los coágulos de sangre llenan los pulmones. Puede ser causado por insuficiencia cardíaca, así como por los efectos secundarios de un medicamento común contra el cáncer. Los investigadores inyectaron el medicamento contra el cáncer en un canal similar a un vaso sanguíneo y encontraron que el líquido y las proteínas del plasma sanguíneo se filtraban a través de la membrana hacia el canal de aire, de manera similar al efecto secundario del medicamento en los pacientes.
Esto condujo a dos descubrimientos sorprendentes, dice la coautora del estudio y científica principal de Wyss, Geraldine Hamilton. Una fue que el sistema inmunológico, que no estaba representado en el chip, no estaba obligado a causar el efecto secundario de fuga como se pensaba anteriormente. En segundo lugar, el equipo descubrió que cuando encendían el sistema de vacío para crear movimientos similares a los de la respiración, la fuga empeoraba, otro aspecto desconocido del edema pulmonar.
Los investigadores también muestran que un candidato a fármaco GlaxoSmithKline podría prevenir la fuga en el sistema de chips (los investigadores de GSK también fueron coautores del estudio de Wyss). En un separado estudio en el mismo número de Medicina de traducción científica, Los investigadores de GSK demuestran en ratones con insuficiencia cardíaca que su fármaco puede reducir el edema pulmonar, lo que ayuda a validar el sistema de chips, dice Hamilton. La realidad es que se necesitarán animales para las pruebas clínicas durante muchos años, pero esto nos acerca un paso más a la búsqueda de alternativas, dice.
Hay escépticos. Los sistemas de órgano en chip carecen del entorno típico al que estaría expuesto un órgano, como las diversas hormonas y otras señales moleculares que circulan constantemente por el cuerpo de un organismo, dice Michael Hayward, científico principal de Cranbury, Nueva York. Compañía de ciencias biológicas con sede en Jersey Tacónico . Hayward, que se especializa en el desarrollo de modelos animales de enfermedades humanas, también señala que la mayoría de las enfermedades involucran muchos órganos, y comprender cómo los diferentes órganos interactúan para causar un estado de enfermedad estaría fuera del alcance de un solo dispositivo que imita un órgano.
Hamilton reconoce que tanto la industria como los reguladores querrán mucha validación de la tecnología de órgano en chip antes de usarla como alternativa a los animales, pero los beneficios potenciales de la tecnología de chip son evidentes en el estudio de hoy, dice ella. No solo imitamos la respuesta clínica, sino que también descubrimos algo nuevo. Este es un vistazo a los efectos que esto podría tener en el descubrimiento y desarrollo de fármacos en el futuro, dice. No solo podría reemplazar al animal, sino que también obtendrá más información.
Y un día, pueden comenzar a abordar las preocupaciones de Hayward y otros sobre la naturaleza aislada de sus dispositivos. Nuestro objetivo final, que es de alto riesgo, no es solo desarrollar modelos de enfermedades, sino desarrollar un cuerpo en un chip integrado, donde podamos comenzar a vincular estos órganos, acercándonos un paso más a imitar la respuesta humana completa. ella dice.