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Una pantalla más rápida de toxicidad
Los fármacos candidatos que parecen prometedores en las pruebas preliminares de laboratorio a menudo fracasan una vez que se someten a pruebas de toxicidad en animales, una pérdida de tiempo y dinero para una empresa farmacéutica. Es más, las empresas de productos químicos y cosméticos buscan cada vez más formas económicas y eficientes de probar productos potenciales para detectar problemas de toxicidad sin recurrir a pruebas con animales. Ahora, los investigadores han diseñado un biochip que podría detectar compuestos con problemas de toxicidad mucho antes en el proceso de desarrollo de fármacos. También podría ser útil para detectar rápidamente productos químicos y cosméticos en busca de toxicidad potencial.
Probador de tóxicos : Las células del hígado humano están repartidas por el nuevo chip, que se puede utilizar para determinar rápidamente si varios productos químicos, fármacos y candidatos a fármacos son tóxicos. Cuando se combina con otro biochip desarrollado anteriormente por los mismos investigadores, la tecnología podría proporcionar una alternativa precisa a las pruebas con animales.
Llamado DataChip (chip de ensayo de toxicología de análisis de datos), permite una determinación muy rápida de si es probable que un compuesto sea tóxico, dice Jonathan Dordick , ingeniero bioquímico del Instituto Politécnico Rensselaer (RPI), en Troy, Nueva York, y cofundador de Solidus Biosciences, una startup que comercializa la tecnología. El chip contiene una matriz en miniatura de más de mil cultivos de células 3-D, cada uno de 20 nanolitros de tamaño, en un portaobjetos de microscopio de vidrio. Cada cultivo celular puede probar la toxicidad de una sustancia química diferente. La miniaturización permite que los compuestos se prueben con un alto rendimiento, lo cual es importante en las primeras etapas del descubrimiento de fármacos, cuando es necesario seleccionar miles de candidatos a fármacos.
Dordick y Douglas Clark , ingeniero químico de la Universidad de California, Berkeley, y cofundador de Solidus Biosciences, describe el DataChip en la primera edición en línea del 26 de diciembre de la procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .
Las pruebas de toxicidad tradicionales implican el uso de animales o muestras de tejido, métodos que requieren mucho tiempo y son costosos. Además, las empresas europeas de cosméticos no podrán realizar pruebas en animales a partir de 2009, lo que hará que la necesidad de nuevos métodos in vitro sea aún más importante.
Varios grupos están trabajando en modelos hepáticos para predecir la toxicidad de los fármacos, ya que muchos compuestos se metabolizan en el hígado. (Consulte Modelos de hígado que salen al mercado). Incluso si los medicamentos en sí no son tóxicos, sus metabolitos podrían serlo. En 2005, los investigadores de RPI y Berkeley informaron sobre el desarrollo de lo que el grupo llama MetaChip, un chip que imita cómo los compuestos son metabolizados por el hígado. Al combinar los dos biochips, dicen los investigadores, ahora podría ser posible predecir con precisión la toxicidad de sustancias químicas y candidatos a fármacos sin el uso de animales.
En el MetaChip, las enzimas hepáticas se colocan en puntos individuales de un portaobjetos y los compuestos de prueba se colocan en esos puntos para que sean metabolizados por las enzimas. Cuando el MetaChip y el DataChip están intercalados, el DataChip puede analizar los metabolitos producidos por el MetaChip y determinar si son tóxicos. La principal innovación es acoplar un ensayo de toxicidad con el metabolismo, todo realizado en una pantalla de alto rendimiento, dice Salman Khetani, un postdoctorado en el MIT y cofundador de Hepregen, una compañía que también está desarrollando modelos de hígado.
Se puede incluir cualquier tipo de célula en el DataChip, por lo que puede predecir no solo una célula hepática, con la que actualmente se ocupan la mayoría de las tecnologías, sino que puede ir más allá del hígado a otros tipos de órganos, dice Dordick. Por ejemplo, las células de la piel podrían usarse para detectar rápidamente nuevos productos químicos y cosméticos en busca de toxicidad cutánea.
Los cultivos de células individuales en el chip están contenidos dentro de gotas de hidrogel en el portaobjetos de vidrio, lo que permite que las células humanas crezcan de forma tridimensional. Eso es importante al imitar cómo un compuesto afectará a los tejidos reales del cuerpo, dice Dordick.
Sin duda, la nueva tecnología enfrenta muchos desafíos antes de convertirse en un método preciso de detección de drogas. Por un lado, el DataChip evalúa la toxicidad observando cómo los compuestos afectan el crecimiento celular. Pero el crecimiento también puede verse afectado por el entorno de las células, en este caso el hidrogel, dice Linda Griffith , director del Centro de Ingeniería de Procesos de Biotecnología del MIT, cuyo grupo está trabajando en modelos hepáticos que se utilizarían en una etapa posterior del proceso de desarrollo de fármacos. Por ejemplo, los investigadores probaron el DataChip con células de una línea celular de cáncer de mama, y la investigación de otros laboratorios ha demostrado que las propiedades mecánicas de la matriz impulsan la señalización celular y la expresión génica, dice Griffith.
Pero a pesar de tales limitaciones en las pruebas de drogas, la nueva combinación de biochips podría ser útil como una herramienta de detección temprana para los candidatos a fármacos. Aún más inmediata, dicen los investigadores de RPI y Berkeley, la combinación podría proporcionar una forma rápida y fácil de examinar los cosméticos sin realizar pruebas en animales.