Avances en las pruebas preclínicas de fármacos gracias a las innovaciones de órganos en chip
El desarrollo de un fármaco es un proceso largo que suele durar hasta quince años e incluye fases preclínicas y clínicas. Casi el 10 % de los fármacos fracasan en los ensayos clínicos debido a modelos preclínicos inadecuados que proporcionan una estimación inexacta de la eficacia, toxicidad y farmacocinética-farmacodinámica del fármaco. La innovadora tecnología de órgano en chip(se abrirá en una nueva ventana) está ganando terreno a los cultivos celulares bidimensionales convencionales como modelo preclínico para probar la eficacia y toxicidad de los fármacos. Este sistema consta de una configuración de canales y cámaras de microfluidos sembrados con células vivas para imitar la estructura y función de los órganos humanos. Y lo que es más importante, permite a los investigadores estudiar procesos fisiológicos complejos en un entorno de laboratorio controlado.
Medición de las propiedades eléctricas de los tejidos en dispositivos de órgano en chip
Para garantizar que los dispositivos de órgano en chip mantienen continuamente su integridad y funcionamiento, el equipo del proyecto PORTable STaNDOuTs(se abrirá en una nueva ventana) propuso integrar un sensor utilizado convencionalmente para evaluar las barreras tisulares epiteliales y endoteliales. Presentes en varios lugares del cuerpo, como la piel, los ojos y el intestino, son responsables de mantener la homeostasis de los órganos y de regular la interacción con otros tejidos y órganos. La investigación de PORTable STaNDOuTs se llevó a cabo con el apoyo de las Acciones Marie Skłodowska-Curie(se abrirá en una nueva ventana) (MSCA, por sus siglas eninglés) y permitió la colaboración de Divyasree Prabhakaran, experta en materiales novedosos y biosensores, y su incorporación al equipo. El trabajo consistió en la medición de la resistencia eléctrica a través de las monocapas celulares en el órgano en chip mediante el método de la resistencia eléctrica transepitelial (TEER, por sus siglas en inglés). La TEER cuantifica el paso de iones y moléculas a través de las barreras celulares de forma rápida y no invasiva, lo que proporciona información valiosa sobre la función celular y tisular. «Nuestro objetivo era evaluar las propiedades de barrera en dispositivos órgano en chip basados en patrones de cultivo celular de múltiples pocillos como forma precisa de supervisar las condiciones fisiológicas y las respuestas a fármacos», explica el coordinador del proyecto, Antoni Homs-Corbera. El equipo desarrolló una novedosa placa de cultivo celular de múltiples pocillos con sensores que se combinó con otras tecnologías patentadas de la empresa Cherry Biotech SAS(se abrirá en una nueva ventana) para generar un prototipo de sensor capaz de proporcionar mediciones en cultivos celulares humanos tridimensionales en condiciones controladas durante varios días. Los parámetros controlados ofrecieron una estimación precisa de la permeabilidad tisular al instante y predijeron el transporte de fármacos a través de estas barreras en las primeras fases del descubrimiento de fármacos.
Mucho más que aplicaciones
«Uno de los logros más significativos de PORTable STaNDOuTs fue la compatibilidad del sensor TEER con los conductos experimentales habituales, lo que se espera que amplíe el uso de la microfluídica y los órganos en chip en las pruebas de toxicidad de fármacos», subraya Homs-Corbera. El objetivo general es establecer una plataforma microfluídica robusta que ofrezca la posibilidad de supervisar simultáneamente diversos parámetros bioquímicos y fisiológicos como TEER, oxígeno disuelto, pH, glucosa y lactato. El desarrollo de un dispositivo todo en uno que contenga compartimentos que imiten las funciones intestinal, hepática y renal ofrecería una forma fiable de evaluar la absorción, distribución, metabolismo y excreción de los fármacos. Además, evaluaría tanto el efecto de los fármacos en la integridad de los tejidos como la toxicidad inducida en los órganos por los metabolitos de los fármacos orales. Este chip allanaría el camino hacia la experimentación sin animales durante el desarrollo de fármacos. La integración de otras tecnologías, como la inteligencia artificial, en una plataforma muy fácil de usar que requiera una formación mínima por parte de expertos mejoraría aún más las capacidades del dispositivo. El equipo del proyecto pretende seguir integrando su novedosa capacidad electrofisiológica en plataformas de ensayo de fármacos y perfeccionar los resultados preliminares. También planea validar la plataforma utilizando fármacos conocidos ya probados en humanos y con farmacocinética-farmacodinámica conocida.
