Univ. de Tel Aviv y Harvard construyen cuerpo humano en chip

Un equipo de más de 50 investigadores de la Universidad de Harvard y la Universidad de Tel Aviv (TAU) han construido con éxito “órganos en chips” humanos que, según dicen, permitirán a los científicos predecir mejor las respuestas humanas a los medicamentos durante los ensayos como una forma de acelerar el desarrollo de los mismos.

Se crearon un total de ocho microchips para recapitular la construcción y las funciones de los órganos humanos vivos, incluidos los pulmones, el hígado, los intestinos, los riñones, la piel, la médula ósea, el cerebro y la barrera hematoencefálica. Los científicos también construyeron un instrumento automatizado para vincular de manera fluida hasta 10 “chips de órganos” para crear lo que llamaron “una plataforma funcional de Body-on-Chips humana”.

Los chips y el instrumento, llamado “Interrogador”, fueron objeto de dos nuevos estudios publicados la semana pasada en la revista científica Nature Biomedical Engineering. La investigación fue realizada por científicos del Instituto Wyss de Ingeniería Biológica de Harvard, cuyo director fundador, el profesor Donald Ingber, quien desarrolló por primera vez el concepto de “órgano en un chip” hace una década, y el Departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Tel Aviv y la Escuela de Neurociencia Sagol.

En el primer estudio, titulado ” Acoplamiento fluídico robótico e interrogatorio de múltiples chips de órganos vascularizados”, los científicos presentaron la plataforma modular Body-on-Chips y el Interrogador que puede cultivar los microchips y transferir fluidos para imitar el flujo sanguíneo humano normal entre los diferentes Órganos de nuestro cuerpo. El interrogador permitió al equipo vincular los tejidos humanos vivos cultivados en un sistema de chip de múltiples órganos, así como agregar y muestrear el medio de una manera totalmente programable utilizando las capacidades robóticas de transferencia de líquidos del dispositivo, mientras monitorea continuamente la integridad del tejido, de acuerdo con una explicación del proceso proporcionado en un comunicado del Instituto Wyss.

El segundo estudio, ” Predicción cuantitativa de las respuestas farmacocinéticas humanas a los medicamentos a través de chips de órganos vascularizados acoplados de forma fluida “, vio a los científicos utilizar el Interrogador y aplicar un nuevo modelo computacional que desarrollaron en dos conjuntos diferentes de tres chips de órganos: intestino, hígado y Riñón e hígado, riñón y médula ósea, unidos entre sí para probar dos medicamentos: nicotina y cisplatino, un medicamento de quimioterapia común.

Los órganos también se vincularon a un depósito de mezcla de líquido arteriovenoso (AV) central que “ayudó a recapitular el intercambio de sangre y drogas realista entre los órganos individuales, a la vez que proporciona una forma de realizar un muestreo de sangre que imitaría la extracción de sangre de un vena periférica “.

En este estudio, los investigadores modelaron con precisión la absorción oral de nicotina, que se está investigando como un medicamento oral para enfermedades intestinales neurodegenerativas e inflamatorias, y la absorción intravenosa de cisplatino, y su primer paso a través de órganos relevantes con predicciones altamente cuantitativas de farmacocinética humana.

Implicaciones del estudio

Ambos estudios destacaron dos reconocimientos clave:
-Los modelos animales no predicen efectivamente las respuestas a los medicamentos en humanos dadas las diferencias fundamentales entre especies; esto lleva a altas tasas de fracaso en ensayos clínicos que prueban nuevos medicamentos para su seguridad y eficacia en humanos.
-El desarrollo de medicamentos es un proceso ya muy costoso, arduo y prolongado, con solo el 13.8 % de todos los medicamentos probados que demuestran el éxito clínico definitivo y la aprobación de la Administración de Alimentos y Medicamentos americana (FDA), según estimaciones citadas por Harvard y TAU.

“Para resolver este problema de cuello de botella preclínico masivo, necesitamos ser mucho más efectivos para preparar el escenario para medicamentos que son realmente prometedores y descartar otros que por varias razones pueden fallar en las personas”, dijo el profesor Ingber en un comunicado de la universidad.

“La modularidad de nuestro enfoque y la disponibilidad de múltiples chips de órganos validados para una variedad de tejidos para otros enfoques de Body-on-Chip humano ahora nos permite desarrollar estrategias para hacer predicciones realistas sobre la farmacología de los medicamentos de manera mucho más amplia”, agregó. “Su uso futuro podría aumentar en gran medida las tasas de éxito de los ensayos clínicos de fase I”.

También está la cuestión del bienestar animal y lo que el anuncio de Harvard llamó “preocupaciones éticas crecientes relacionadas con el uso de estudios en animales”.

Ingber dijo que el equipo espera que con su demostración, utilizando la tecnología Organ Chip, generará un interés aún mayor por parte de la industria farmacéutica para que las pruebas en animales puedan reducirse progresivamente con el tiempo.

“Órganos en chips”

Ingber y su equipo en el Instituto Wyss desarrollaron por primera vez el modelo humano “Organ-on-a-Chip” para el pulmón, en un estudio publicado en la revista Science en 2010. Los chips para los órganos adicionales se desarrollaron durante gran parte de la última década. con equipos de colaboradores, incluidos los científicos israelíes.

Los Organ Chips están hechos de un polímero flexible transparente y contiene dos canales huecos paralelos separados por una membrana porosa que les permite comunicarse. Un canal está revestido con células de un órgano humano específico o estructura orgánica, el otro está revestido con células que presentan un vaso sanguíneo.