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Una mejor prueba de toxicidad para las drogas
Un nuevo método para detectar cambios leves en la estructura de las células del hígado, basado en la forma en que dispersan la luz, podría proporcionar una forma más rápida y eficiente de probar la toxicidad de las drogas y los efectos nocivos de los contaminantes ambientales.
Las células de hígado de rata colocadas en un chip de silicio poroso se iluminan (b) cuando mueren a causa de una dosis tóxica de acetaminofén (Tylenol). (Cortesía de Sara Alvarez, Austin Derfus y Michael Schwartz, UCSD.)
La toxicidad hepática es la razón más común por la que los fabricantes retiran medicamentos y la Administración de Alimentos y Medicamentos rechaza la aprobación de nuevos medicamentos. De hecho, un tercio de todos los fármacos fracasan en los ensayos clínicos debido a dicha toxicidad. Es más, las pruebas de toxicidad in vitro actuales son tediosas y complicadas, porque los investigadores tienen que observar periódicamente las células con un microscopio o insertar un tinte fluorescente en las células genéticamente. Además, las pruebas existentes utilizan con frecuencia productos químicos que matan las células, por lo que los investigadores tienen que utilizar varios cultivos celulares diferentes durante un estudio, lo que afecta el resultado.
El nuevo dispositivo fue desarrollado por Michael marinero , profesor del departamento de química y bioquímica de la Universidad de California, San Diego, y Sangeeta Bhatia, profesor asociado del departamento de ciencias y tecnología de la salud y del departamento de ingeniería eléctrica e informática del MIT. Consiste en un silicio poroso chip en el que las células pueden vivir durante días, y un detector de dispositivo acoplado cargado de bajo costo como los que se encuentran en las cámaras digitales. Puede monitorear continuamente las células vivas e indicar antes que las pruebas actuales si un compuesto está dañando las células, según la cantidad de luz que reflejan ( resumen de papel ).
Los investigadores crean el sustrato poroso colocando chips de silicio en ácido fluorhídrico y pasando una corriente eléctrica a través de la solución. Esto forma pozos cilíndricos de unos cientos de nanómetros de diámetro en la superficie. Los diminutos pozos hacen que el silicio poroso refleje la luz a una frecuencia aguda, una propiedad bien conocida que no se ve en el silicio normal. Los investigadores pueden diseñar los poros para controlar la frecuencia.
A continuación, los investigadores cubren el chip con poliestireno para crear una superficie similar a una placa de Petri. Cuando las células se colocan en la superficie, dispersan la luz reflejada, disminuyendo la intensidad de la luz que incide sobre el detector. A medida que las células se marchitan o mueren, su estructura cambia, lo que aumenta la intensidad de la luz en el detector. Las celdas se iluminan como pequeños faros cuando mueren, dice Sailor.
En el laboratorio, los investigadores colocaron células de hígado de rata en el chip y las trataron con dosis tóxicas de cadmio y acetaminofén, un analgésico. Descubrieron que el sensor detectaba cambios en las células al menos dos horas antes de las pruebas convencionales. Planean probar pronto el dispositivo con células hepáticas humanas.
Otros están impresionados por lo temprano que el dispositivo parece detectar toxicidad en las células. Cuando algunas formas tradicionales aún no daban una lectura, este método ya muestra el efecto tóxico, dice Erkki Ruoslahti, quien estudia biología celular y cáncer en el Instituto Burnham de Investigación Médica en La Jolla, CA. Esto puede dar una respuesta rápida y de alto rendimiento en menos tiempo y con mucho menos esfuerzo.
Sailor dice que la técnica simple podría ahorrarle tiempo y dinero a las compañías farmacéuticas porque podrían eliminar compuestos tóxicos al principio del proceso de prueba de drogas. Es una herramienta para acelerar el proceso de descubrimiento de fármacos, dice, y agrega que aumentaría las pruebas celulares actuales.
En este momento, los científicos examinan nuevos medicamentos antes de los ensayos en humanos con pruebas in vitro en células de hígado de rata. En estas pruebas, introducen el fármaco en células hepáticas cultivadas en placas de Petri colocadas en incubadoras. A intervalos de tiempo regulares, tienen que analizar las células bajo microscopios para averiguar cuántas células están muertas. Para hacer eso, deben agregar químicos que modifiquen o maten las células restantes. Además, cada experimento necesita cientos de placas de Petri y cultivos celulares, lo que aumenta el costo. Preferiría tomar medidas en tiempo real y, en lugar de sacar un plato cada media hora, tener algo que controle las células en la incubadora, dice Sailor.
Jonathan Dordick, profesor del departamento de ingeniería química y biológica del Instituto Politécnico Rennselaer, dice que la gran ventaja de la técnica es que puede monitorear el efecto gradual de una toxina en las células. Esto es útil porque muchos compuestos no son tóxicos de inmediato, dice. Permite, sugiere, una forma sencilla de seguir la salud del mismo grupo de células a lo largo del tiempo sin alterarlas ni matarlas.
Además, Sailor dice que el nuevo dispositivo podría permitir múltiples experimentos simultáneamente. Un chip de silicio poroso de un cuarto de tamaño podría contener hasta 10,000 sitios de prueba diferentes, cada uno hecho para reflejar la luz a una frecuencia específica. Luego, se podrían colocar pequeños grupos de células en los sitios y probar el efecto tóxico de varias concentraciones de toxinas o combinaciones de medicamentos.
El equipo tiene un acuerdo de investigación con el Centro de Investigación Química de Hitachi en Irvine, CA, que intentará comercializar la tecnología.