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Mechanically tuned Lung-on-a-Chip device to model pathology and drug screening for lung disease

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Dar vida a modelos pulmonares diminutos

Las representaciones tisulares más precisas pueden reducir la necesidad de realizar ensayos con animales e incluso abrir la puerta a la medicina personalizada.

Salud

Los cultivos de células vivas constituyen un componente fundamental del análisis de fármacos y dispositivos de diagnóstico. Sin embargo, una capa de células en una placa de Petri a menudo resulta insuficiente para replicar las condiciones que encontramos en los organismos vivos. El proyecto MECH-LoC buscó hacer frente a esto mediante el desarrollo de un modelo más preciso conocido como pulmón en un chip. «Queremos crear un sistema que tenga más pertinencia fisiológica que una placa de Petri», afirma la coordinadora del proyecto, Lisa Muiznieks. «Una placa de Petri es estática, no hay movimiento. En los tejidos y las células se producen fuerzas dinámicas a todos los niveles, como la respiración, caminar y saltar o, a una escala más reducida, la expansión y contracción de los plumones y la expansión y la contracción de los alvéolos con cada respiración».

Imitar la matriz extracelular

El flujo de aire a través de los pulmones y la presión y la tensión de cizallamiento de la sangre y el líquido extracelular también ejercen fuerzas mecánicas sobre las células», explica Muiznieks. La replicación de dichos flujos en un chip microfluídico también permitirá a los investigadores administrar nutrientes celulares y eliminar los desechos celulares de una manera más eficiente. «Este pulmón en un chip no pretende reemplazar el órgano en su totalidad, sino imitar un pequeño subconjunto de funciones específicas; en este caso, la interfaz de aire y líquido de la superficie alveolar», señala Muiznieks. Para crear una superficie realista, se fijaron células a una matriz proteica delgada. «Todas las células se encuentran en una matriz extracelular, una red de proteínas fibrosas como colágeno, fibronectina y elastina», añade Muiznieks. «Podemos imitar este entorno celular fabricando una membrana a partir de las mismas proteínas». La carrera investigadora de Muiznieks se ha centrado en la creación de estas membranas. Con el apoyo de las Acciones Marie Skłodowska-Curie, Muiznieks se mudó a Francia para trabajar con la anfitriona del proyecto Elvesys, una empresa de microfluídica, sobre el desarrollo de modelos de pulmón en un chip. Tras completar la beca de investigación en 2020, fue contratada a jornada completa por Elvesys. «Contamos con prototipos, pero no se encuentran en un nivel muy alto de madurez tecnológica y es necesario seguir investigando para llegar a ese punto», explica Muiznieks. «Diseñamos la carcasa, creamos la plataforma, la integramos en el chip de microfluídica, realizamos una validación añadiendo y fijando células, y fuimos capaces de perfundir el canal».

Menos ensayos con animales

El siguiente paso, comenta, es añadir más estímulos y propiedades mecánicas para recrear el flujo dinámico y el estiramiento que se observa en los organismos vivos, además de realizar ensayos con fármacos en el sistema. El fin último es ofrecer sistemas modelo precisos que puedan reducir la necesidad de realizar ensayos con animales. «El uso de animales implica multitud de consideraciones éticas, además de un enorme coste económico». Los ensayos con fármacos pueden parecer prometedores en un modelo animal, pero en aproximadamente el 90 % de las ocasiones no funcionan en los ensayos clínicos en humanos», señala Muiznieks. «Necesitamos un mejor modelo de la función tisular específica para mejorar el desarrollo de la medicina». Muiznieks explica que, si los modelos de órgano en un chip resultan exitosos, se podrían añadir las propias células del paciente a la matriz, allanando el camino para ensayos de medicina personalizada altamente específica. Muiznieks quiere impulsar la microfluídica para atraer a nuevos investigadores hacia este campo y que se incorporen a su propia investigación. «La tecnología de órgano en un chip es relativamente nueva. Se trata de un campo relativamente prometedor, pero habrá que realizar sólidas pruebas de concepto antes de que sea utilizada por las grandes farmacéuticas. Espero que podamos llegar a ese punto. Somos más fuertes si trabajamos juntos que si lo hacemos por separado».

Palabras clave

MECH-LoC, pulmón, chip, diagnóstico, fármaco, cultivo, células, órgano, alvéolos

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