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Los órganos en chips y su potencial para el desarrollo de nuevos medicamentos

Estos dispositivos miniatura están revolucionando el desarrollo de nuevos fármacos y el estudio de enfermedades, sin las limitaciones de los ensayos en animales.

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El desarrollo de nuevos fármacos es un proceso complejo y de varias etapas que implica un montón de recursos pero, sobre todo, una gran inversión de tiempo y dinero. Normalmente, tras identificar posibles objetivos terapéuticos y desarrollar compuestos candidatos, estos últimos se evalúan en cultivos celulares y modelos animales para determinar su seguridad y eficacia antes de continuar con los ensayos clínicos en humanos.

Pero he aquí el problema: tanto los cultivos como los animales tienen limitaciones relacionadas con su escasa capacidad para imitar las condiciones del cuerpo humano. Por un lado, los primeros no pueden replicar todos los aspectos de la función de los tejidos, es decir, no se comportan como lo hace el hígado, el riñón o el corazón dentro del organismo. Esto provoca que, a veces, un fármaco que funciona bien en el laboratorio no sea efectivo cuando se prueba en las en personas. Con los segundos, por otro lado, las pequeñas diferencias genéticas entre especies pueden amplificarse a grandes diferencias fisiológicas, ya que hay diferencias entre la reacción de un organismo animal y uno humano ante un mismo estímulo.

Para abordar este problema, una alternativa son los “órganos en chips“, dispositivos del tamaño de un pendrive elaborados a base de células humanas (del corazón, pulmones, o cerebro, por ejemplo) que recrean a una escala muy pequeña las propiedades físicas de un órgano. Los investigadores creen que, con un mayor desarrollo, pueden ayudar a estudiar enfermedades y probar medicamentos en condiciones más cercanas a la vida real.

La idea de los órganos en chips (OoCs por sus siglas en inglés) surgió en la década de 2000, cuando el Instituto Nacional de Salud de los Estados Unidos (NIH) en colaboración con la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) comenzaron a financiar el desarrollo de tecnologías para crear modelos precisos de órganos humanos en el laboratorio. Posteriormente, el NIH lanzó un programa que tenía como objetivo desarrollar 10 órganos en chips diferentes en un plazo de 10 años.

Estos consisten en canales transparentes revestidos con miles de células vivas y bombeados con líquido que contiene nutrientes, o sangre, todos interactuando tal como lo harían en el cuerpo. No solo imitan el flujo sanguíneo, sino que tienen microcámaras que permiten a los investigadores integrar múltiples tipos de células para imitar la diversidad de células normalmente presentes en un órgano.

A su vez, la presencia de fluido permite conectar estos múltiples tipos de células para estudiar la interacción entre ellas, así como imitar lo que experimenta una célula en el cuerpo, la forma en que recibe nutrientes y elimina los desechos, y cómo un fármaco se moverá en la sangre. La capacidad de controlar el flujo de fluidos también permite ajustar la dosis óptima para un medicamento en particular.

En 2014, se presentó el primer caso exitoso —que imitaba un pulmón y consistía en una capa de células de pulmón humanas cultivadas en un chip de silicona. Este chip es capaz de imitar la dilatación y la contracción, o la inhalación y la exhalación, del pulmón y simular la interfaz entre el pulmón y el aire. La capacidad de replicar estas cualidades permitió estudiar mejor el deterioro pulmonar a través de diferentes factores, y también la respuesta de las células del pulmón a diferentes medicamentos y sustancias tóxicas. A medida que la tecnología avanzaba, se lograron desarrollar otras variaciones como el hígadoel corazónel intestino y los riñones.

Por otra parte, los modelos actuales de OoCs son difíciles de usar y presentan algunas desventajas: crearlos puede ser muy complejo y requiere un alto nivel de habilidad técnica, requieren altas inversiones de dinero, requieren células vivas para funcionar (y la disponibilidad de células humanas puede ser limitada en algunos casos), al ser sistemas vivos su funcionamiento puede variar entre diferentes experimentos, lo que puede dificultar la reproducibilidad de los resultados; son sistemas pequeños y pueden no ser escalables a un tamaño adecuado para estudios en humanos, y su regulación está en desarrollo, por lo que puede variar entre países.

En contraste, sus ventajas también son varias: pueden mejorar la seguridad y eficacia de nuevos medicamentos antes de que se prueben en humanos, permiten estudiar enfermedades humanas en condiciones controladas, pueden utilizarse para estudiar cómo diferentes pacientes responden a los medicamentos (lo que permite la personalización de tratamientos, reducen los costos de la investigación y el desarrollo de medicamentos, ya que permiten realizar pruebas en condiciones controladas antes de pasar a estudios en humanos, sirven para estudiar los procesos biológicos y las interacciones entre diferentes sistemas del cuerpo y pueden utilizarse para estudiar enfermedades raras que son difíciles de replicar en modelos animales.

En resumen, los órganos en chips tienen un gran potencial para mejorar la seguridad y eficacia de los medicamentos, estudiar enfermedades humanas, personalizar tratamientos, reducir costos, y mejorar la investigación básica y en toxicología.

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