Órganos en chips

 
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Autor: Juan Andrés Aguayo Hernández

Una de las mayores lecciones que nos ha dejado la pandemia del Covid-19 es la vulnerabilidad que hay detrás de nuestros sistemas de salud en esta época modernizada. Es evidente que la lucha contra los patógenos ha progresado notoriamente en las últimas décadas. Sin embargo, también queda claro que aún hay un largo camino por recorrer. Una de las mayores problemáticas de la industria médica hoy en día es el extenso y costoso proceso que conlleva el desarrollo de un nuevo medicamento. Consecuentemente, han surgido una variedad de alternativas a los métodos actuales de investigación clínica que se basan principalmente en la experimentación en animales. Y una de las posibilidades más prometedoras parecen ser los órganos-en-chips.


La Realidad de la Experimentación en Animales 

De acuerdo con las cifras proporcionadas por la PETA, el mayor grupo por los derechos animales en el mundo, cada año mueren por lo menos 100 millones de animales en un laboratorio estadounidense a causa de experimentación clínica, cosmética y/o farmacéutica. Asimismo, aproximadamente 120,000 animales conscientes no anestesiados fueron sometidos a lesiones y/o dolor severo por encima del límite de tolerancia estandarizado en Canadá en el 2018. Estas acciones parecen ser justificables por muchas personas siempre y cuando los estudios sean por el progreso médico o “por el bien de la humanidad”.

 

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Sin embargo, estudios recientes sugieren que los tratamientos médicos desarrollados en animales rara vez se traducen a los humanos. De acuerdo con un artículo publicado en el 2006 en The Journal of the American Medical Association, los investigadores advierten que “Los pacientes y los médicos deben ser cautelosos al extrapolar el hallazgo de investigaciones prominentes con animales al cuidado de enfermedades humanas… Quienes llevan a cabo estas investigaciones clínicas deben esperar una reproducción deficiente”. Esto se debe a que incluso nuestros parientes evolutivos más cercanos, los chimpancés, difieren biológicamente de los humanos de manera significativa. Tal como afirma el exdirector del Instituto Nacional del Cáncer, el Dr. Richard Klausner: "Hemos sido capaces de curar el cáncer en ratones durante décadas, pero esto simplemente no ha funcionado en humanos". Adicionalmente, por lo menos 85 vacunas contra el SIDA han demostrado ser efectivas en una variedad de estudios de primates no humanos. No obstante, ninguna de estas ha sido capaz de inmunizar a los humanos contra esta enfermedad.

 

De acuerdo con el Instituto Nacional de Salud de Estados Unidos, el tiempo promedio desde el descubrimiento hasta la aprobación de un nuevo fármaco es de aproximadamente 14 años, las tasas de fracaso superan el 95%, y el costo por medicamento exitoso puede ser de hasta mil millones de dólares. Estos números hablan por sí solos, y son los que han incentivado el desarrollo de una de las tecnologías médicas más fascinantes del momento: Los órganos-en-chips. 

¿Qué es un Órgano-en-un-chip? 

Pulmón en un chip

Pulmón en un chip

Los órganos en chips se definen como dispositivos que tienen la función de replicar y mantener la unidad funcional de un órgano vivo en una estructura 3D. Es importante mencionar que esta tecnología no hace referencia a la bio-impresión de órganos y tejidos en 3D para trasplantes humanos. Sino se refiere a recrear en un diminuto chip la unidad funcional más pequeña que representa la bioquímica, la función, y la tensión mecánica que experimentan las células en nuestro cuerpo. Básicamente estos chips se componen de diminutos canales micro-fluídicos recubiertos con células que replican la micro-arquitectura de diferentes tejidos y sus interfaces funcionales.

 

Por ejemplo, un pulmón-en-un-chip se compone por sus distintas capas de tejidos celulares, micro-canales por los que fluyen diferentes compuestos como oxígeno y dióxido de carbono, y un mecanismo que simula la tensión a la que están sometidas nuestras células cuando inhalamos y exhalamos aire. Estos cultivos 3D nos permiten analizar a tiempo real las complejas interacciones entre células, hormonas, nutrientes y/o factores de crecimiento. Y nos sirven para estudiar una variedad de procesos celulares como puede ser su crecimiento y muerte, morfología (forma y evolución), diferenciación, motilidad, metabolismo, metástasis de células cancerosas, y la eficacia y seguridad de fármacos nuevos.

 

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Los órganos en chips nacen con la esperanza de disminuir los costos y hacer más eficiente la investigación y el desarrollo de nuevas medicinas. Y es por esto por lo que una de las aplicaciones más prometedoras de esta tecnología es servir como un tipo de análisis preclínico complementario a los estudios convencionales, para generar las predicciones necesarias antes de realizar los estudios clínicos tanto en animales como en humanos. Otras aplicaciones de los órganos en un chip incluyen la incorporación de la piel-en-un-chip. En donde se les abre la posibilidad a las industrias cosméticas de probar los efectos de sus productos en la piel. O de certificar la seguridad de diferentes tipos de químicos en las industrias de productos de limpieza doméstica.

Retos y Potencial de los Órganos-en-chips 

A primera vista, los órganos en chips parecen ser la anhelada solución al ineficiente desarrollo de nuevos productos farmacéuticos. Sin embargo, se han presentado una variedad de desafíos que han demorado el desarrollo completamente funcional de estas tecnologías. Uno de los mayores retos es relacionado a la selección de materiales usados para la fabricación de los órganos en un chip. En resumen, las propiedades fisicoquímicas de los materiales usados hoy en día no mimetizan acertadamente a las matrices extracelulares de los tejidos de nuestro cuerpo.

 

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Un ejemplo de esto se relaciona a un tipo de silicona llamado dimeticona (PDMS), el cual es uno de los materiales más usados como sustrato de cultivo. Sin embargo, tiene la desventaja de que absorbe pequeñas moléculas, lo que puede disminuir las concentraciones efectivas de los fármacos y disminuir su actividad en los cultivos. Adicionalmente, estos dispositivos recapitulan y están limitados por la complejidad de replicar un órgano vivo, y son sujetos a una variedad de restricciones regulatorias. No obstante, el potencial de estos diminutos chips debería ser suficiente para incentivar la inversión necesaria para superar estos desafíos.

 

Hoy en día contamos con modelos preliminares de pulmón-en-un-chip, corazón-en-un-chip, hígado-en-un-chip, e incluso cáncer-en-un-chip. Sin embargo, recientemente se han empezado a desarrollar modelos multi-órganos con el objetivo de estudiar las interacciones órgano-órgano, y crear una especie de cuerpo-en-un-chip. Evidentemente, la idea no es recrear un ser humano completo en estos chips. Pero el objetivo es poder recrear la funcionalidad suficiente para hacer mejores predicciones de lo que está pasando dentro de nuestro cuerpo, para de esta manera estudiar su respuesta dinámica ante alguna enfermedad o fármaco.

 

El punto anterior nos conduce a una de las prácticas emergentes más prometedoras de la medicina: La medicina personalizada. Con base en esto, en un futuro podríamos esperar hacer un cultivo con las propias células del paciente para hacer una especie de humano-en-un-chip. Para así poder estudiar la seguridad y los efectos colaterales de un medicamento para cada paciente antes de aplicárselo, y poderle ofrecer el tratamiento óptimo. Asimismo, nos podemos dar cuenta que la salud y el bienestar humano también se pueden promover mediante la adopción de métodos de investigación científica no violentos contra animales. Y podría ser solo cuestión de tiempo antes de poder tener a personas como Carlos en un chip, Andrea en un chip, o tenerte a ti en un chip.

 

 

Referencias

 
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