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Miniaturised optically accessible bioreactor for drug discovery and biological research

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El primer biorreactor microfluídico para mejorar los ensayos de fármacos «in vitro»

El desarrollo de fármacos nuevos suele durar al menos diez años y costar mil millones de euros. La plataforma de ensayo MOAB-nichoid ofrece un entorno realista para ensayos de fármacos que podría reducir tanto la tasa de fracaso como los ensayos con animales.

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El desarrollo de fármacos nuevos suele costar desde mil millones de euros en el caso de los fármacos químicos hasta varios miles de millones en el caso de los biofármacos. A pesar de la respuesta a la pandemia de COVID-19, el proceso puede durar diez años para los fármacos convencionales y hasta veinte años para los biofármacos. Además, se debe contar con la autorización sanitaria normativa tras los ensayos en cultivos celulares, animales y, finalmente, en humanos. «La tasa de fracaso de las fases preclínicas puede llegar al 96 %, ya que el ensayo de fármacos en monocapas celulares no es una buena indicación sobre cómo funcionarán en animales», comenta Manuela T. Raimondi, del proyecto MOAB, financiado por el Consejo Europeo de Investigación, en la Universidad Politécnica de Milán, la entidad anfitriona del proyecto. El proyecto desarrolló un biorreactor, un dispositivo de cultivo celular llamado MOAB combinado con matrices novedosas (nichoides), para unos ensayos de fármacos «in vitro» más realistas. Ambos inventos se han patentado para su uso internacional. «Estos modelos en miniatura reproducían una respuesta celular a fármacos, por ejemplo agentes quimioterapéuticos y células madre modificadas genéticamente, similar a la observada en modelos animales», añade Raimondi. «Nuestro diseño los hace más éticos, sencillos de emplear y baratos que los modelos animales». El respaldo de la Unión Europea permitió al equipo contratar a un desarrollador de negocio y, tras granjearse el interés de un inversor, se estableció MOAB srl para comercializar el dispositivo MOAB-nichoid. Se han identificado más de diez clientes en Europa y los Estados Unidos.

El MOAB se encuentra con el «nichoide»

En multitud de enfermedades, como el cáncer, las respuestas a fármacos «in vivo» son el resultado de interacciones complejas entre configuraciones tridimensionales (3D) de varias poblaciones celulares. Los cultivos celulares en monocapa empleados convencionalmente en ensayos de fármacos «in vitro» no reproducen este comportamiento. El biorreactor MOAB está formado por tres cámaras de cultivo en miniatura y cada una de ellas puede albergar organoides 3D, que son modelos tisulares formados por células vivas, de unos pocos milímetros de tamaño y perfundidas con un medio de cultivo nutritivo. El equipo integró una rejilla microscópica 3D nanoestructurada para el cultivo de células madre, denominada «nichoide», en el MOAB. El nichoide se fabricó mediante polimerización láser de dos fotones, en la que un láser pulsado se enfoca en un punto de tamaño nanométrico del polímero líquido para inducir la polimerización, lo que favorece que las moléculas formen redes sólidas 3D en miniatura. A continuación, se manipula el haz láser para formar la geometría de la microrred en la parte superior de un cubreobjetos de vidrio. El nichoide aumenta la adhesión y la expresión biológica de las células madre de una forma que recuerda a su entorno fisiológico natural. El cubreobjetos con el patrón del nichoide se pega después a la estructura del biorreactor MOAB para crear el dispositivo de cultivo celular «MOAB-nichoid». El dispositivo, que puede albergar varios millones de células, permite el uso del microscopio de fluorescencia para estudios en tiempo real. El medio de cultivo está en contacto directo con células vivas, por lo que su flujo se tuvo que calibrar con precisión para evitar el daño celular. «Tras realizar simulaciones de dinámica de fluidos, concluimos que el MOAB-nichoid podía soportar las presiones hidráulicas provocadas por el flujo del medio de cultivo», señala Andrea Remuzzi, responsable de este trabajo en el Instituto de Investigación Farmacológica Mario Negri.

Listo para el descubrimiento de fármacos nuevos

MOAB srl trabaja ahora en el desarrollo de un modelo celular para probar una nueva terapia de células madre hematopoyéticas editadas genéticamente para curar enfermedades monogénicas relacionadas con la sangre como, por ejemplo, la anemia falciforme y la hemofilia. En esta terapia, se recogen células madre hematopoyéticas de los pacientes que, a continuación, se editan para corregir la mutación, antes de ser infundidas de nuevo en los pacientes. «El MOAB-nichoid proporcionará una innovadora plataforma de ensayo “in vitro” capaz de verificar la seguridad de las células madre hematopoyéticas editadas genéticamente», explica Raimondi. «El método también podría sustituir parcialmente los ensayos con animales». Las aportaciones de los organismos reguladores como la Agencia Europea de Medicamentos ayudarán ahora a estandarizar el dispositivo MOAB-nichoid para el ensayo de fármacos «in vitro».

Palabras clave

MOAB, COVID-19, biorreactor, cultivo celular, organoide, células madre, polimerización, simulación de dinámica de fluidos, hematopoyética, ensayos de fármacos

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