Órganos simulados sobre chips para experimentación biomédica
Científicos del Csic y el Ciber han desarrollado un dispositivo que combina microelectrónica y microfluídica para reproducir las condiciones de las barreras celulares y poderlas monitorizar. Tiene aplicación en experimentación con nuevos fármacos diseñados para atravesar barreras celulares, como los fármacos para tumores cerbrales o enfermedades neurodegenerativas.
Los cultivos celulares son una prometedora alternativa para evitar la experimentación científica con animales. Sin embargo, tienen un inconveniente irresuelto: son cultivos estáticos, que no reproducen los factores dinámicos a los que están sometidas las células en un tejido u órgano vivo, como la presión o los fluidos circundantes.
En los últimos años, la tecnología microelectrónica y microfluídica se ha desarrollado lo suficiente como para reproducir, en laboratorio, las condiciones reales en las que se encuentran interaccionando las células. Es lo que se ha bautizado como “organ-on-a-chip”, que permite simular la estructura de un órgano o un tejido en un dispositivo, y estudiar “in vitro” las células casi como si fuera “in vivo”.
Científicos del Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM) del Csic y del Centro de Investigación Biomédica en Red (Ciber) han desarrollado un dispositivo que permite cultivar celulas que forman la barrera hematoencefálica en condiciones de flujo y monitorizar de forma continua su funcionalidad. “Esa barrera es la que protege el cerebro y hace que principalmente no pueda penetrar nada más que ciertas sustancias como oxígeno, glucosa y alcohol. Y es la razón por la que es tan difícil introducir fármacos antitumorales en el cerebro”, explica Rosa Villa, investigadora del Csic en el IMB-CNM.
Ha habido intentos previos de reproducir esta barrera celular en cultivos con células estáticas. Pero se descubrió, explica Rosa Villa, que las células endoteliales de una barrera celular se vuelven “más permeables” cuando no están sometidas a la presión del flujo constante (flujo de sangre, en el cuerpo) que tienen en condiciones reales, en el organismo. Eso quiere decir que estos cultivos celulares estáticos pueden dar falsos resultados, ya que no se comportan como lo harían “in vivo”.
Organ-on-a-chip. Este dispositivo microelectrónico reproduce una barrera celular. Permite incorporar flujo, que simula las condiciones reales en las que se hallan las células, y permite monitorizar si la barrera está funcionando correctamente como barrera, para garantizar la validez del experimento.
El dispositivo consta de un sistema microfluídico (el flujo es un suero con nutrientes que emula el papel de la sangre) con el que se puede reproducir las condiciones ‘in-vivo’ de las barreras celulares. Dispone de un sistema de electrodos que permite la monitorización en tiempo real de la permabilidad de la barrera, a través de medidas de la TEER (siglas en inglés de ‘Resistencia Eléctrica Transendotelial/Epitelial’). A la vez, también permite la visualización óptica del cultivo. El sistema ha sido validado en un modelo de barrera hematoencefálica, usando células endoteliales cerebrales de animales.
Se puede escalar fácilmente a diferentes geometrías y puede utilizarse para diferentes tipos de células. Además, el sistema microfluídico es reutilizable. Sólo la membrana donde se cultivan las células es desechable, lo que minimiza los costes de material de laboratorio. Su uso supone menos costes que otros bioreactores actuales. El sistema es modular, desmontable y ofrece fácil acceso a las cámaras de cultivo. Y es, sobretodo, un sistema más fiable que los cultivos estáticos celulares para determinados ensayos.
Este dispositivo ya se ha empezado a utilizar en experimentos en varios laboratorios. Se puede aplicar en estudios de nuevos fármacos que tengan que atravesar barreras celulares, como por ejemplo, tratamientos para tumores cerebrales o enfermedades neurodegenerativas.
