Pulmones de laboratorio: Líquido y aire son bombeados en los diferentes canales de este pulmón (creado en un chip) para imitar la función pulmonar humana.
Investigadores del Instituto Wyss de Ingeniería Inspirada en la Biología de la Universidad de Harvard (Estados Unidos) han demostrado que su 'pulmón en un chip' puede simular una enfermedad pulmonar potencialmente mortal. También informan que mediante el uso del chip pulmonar los científicos pueden descubrir aspectos nuevos de la enfermedad que no se encontrarían con experimentos con animales.
El estudio, publicado el miércoles en Science Translational Medicine, es la primera demostración definitiva de que los chips imitadores de órganos del Instituto, entre los que se incluye un intestino, un corazón y un riñón, se pueden utilizar para modelar una enfermedad e incluso para poner a prueba candidatos a fármaco.
El dispositivo de chip pulmonar es un bloque de polímero transparente, flexible y del tamaño de un pulgar, perforado por dos pequeños canales separados por una membrana delgada. El aire fluye a través de un canal, que está forrado con células de pulmón humano. Un líquido rico en nutrientes actúa como sustituto de la sangre y fluye a través de otro, a su vez forrado con células de vasos sanguíneos. Un vacío aplicado en el chip mueve los canales para recrear la forma en que los tejidos de pulmón humano físicamente se expanden y contraen al respirar.
El estudio, dirigido por el miembro del Instituto Wyss Dongeun Huh, se centró en el edema pulmonar, una afección en la cual los pulmones se llenan de coágulos de sangre y fluidos. Puede ser causado por insuficiencia cardíaca, y como resultado de los efectos secundarios de un fármaco contra el cáncer común. Los investigadores inyectaron el medicamento contra el cáncer en el canal de vasos sanguíneos y encontraron que las proteínas del fluido y el plasma sanguíneo se filtraron a través de la membrana hacia el canal de aire, de forma similar a lo que provoca el efecto secundario del fármaco en pacientes.
Esto llevó a dos descubrimientos sorprendentes, indica Geraldine Hamilton, coautora del estudio y científica líder del grupo en Wyss. Uno fue que el sistema inmune, que no estaba representado en el chip, no es necesario para causar el efecto secundario de fuga, tal y como se había pensado previamente. En segundo lugar, el equipo encontró que cuando encendían el sistema de vacío para crear movimientos parecidos a los de la respiración, la fuga empeoraba, otro aspecto desconocido del edema pulmonar.
Los investigadores también mostraron que un candidato a fármaco de GlaxoSmithKline podría impedir la fuga en el sistema de chip (los investigadores de GSK también fueron coautores del estudio de Wyss). En otro estudio en la misma edición de Science Translational Medicine, los investigadores de GSK demostraron en ratones con insuficiencia cardiaca que su medicamento puede reducir el edema pulmonar, lo que ayuda a validar el sistema de chip, señala Hamilton. "Lo cierto es que de aquí a muchos años seguiremos necesitando animales para las pruebas clínicas, pero esto nos lleva un paso más cerca de encontrar alte ativas", indica.
También existe cierto escepticismo. Los sistemas de órganos en chips carecen del medio ambiente típico al que un órgano estaría expuesto, tales como las diversas hormonas y otras señales moleculares que constantemente se distribuyen por todo el cuerpo de un organismo, afirma Michael Hayward, científico principal en Taconic, una compañía de ciencias vitales con sede en Cranbury, Nueva Jersey (EE.UU.). Hayward, que se especializa en el desarrollo de modelos animales de enfermedades humanas, también observa que la mayoría de las enfermedades involucran varios órganos distintos, y la comprensión del modo en que los diferentes órganos interactúan para provocar un estado de enfermedad no podría recrearse en un dispositivo que imite un único órgano.
Hamilton reconoce que la industria y los reguladores van a exigir una notable validación de la tecnología de órganos en chips antes de usarla como alte ativa a los animales, pero los beneficios potenciales de la tecnología se hacen evidentes en el estudio del miércoles, señala. "No solo hemos imitado la respuesta clínica, sino que también hemos encontrado algo nuevo. Esto es solo una primera impresión de los efectos que podría tener en el descubrimiento y desarrollo de fármacos en el futuro", asegura. "No solo podríamos reemplazar al animal, sino también ganar una mayor comprensión".
Y un día, podrían comenzar a abordar las preocupaciones de Hayward y otros expertos sobre la naturaleza aislada de sus dispositivos. "Nuestro objetivo final, de alto riesgo, es no solo desarrollar modelos de enfermedades, sino desarrollar un sistema integrado de chip corporal donde podamos empezar a vincular estos órganos, y acerca os un paso más a imitar la respuesta humana", concluye.