Un encéfalo en un chip como herramienta para modelos preclínicos
La demencia, término que engloba una miríada de trastornos que provocan un deterioro de las funciones encefálicas, afecta a unos diez millones de personas sólo en Europa, cifra que se espera que se duplique de aquí a finales de la década. Sin embargo, a pesar de décadas de investigación, el tratamiento eficaz de estas afecciones sigue siendo difícil de alcanzar. «La complejidad del encéfalo hace tremendamente difícil predecir y encontrar nuevas soluciones médicas», afirma Manuel Bañobre, un investigador del Laboratorio Ibérico Internacional de Nanotecnología. Como resultado, los cultivos celulares 2D y los modelos animales se han convertido en el patrón de referencia para el desarrollo y la investigación de fármacos. Sin embargo, además de las preocupaciones éticas, estos modelos no pueden imitar a la perfección la configuración fisiológica y la complejidad del encéfalo. Los dispositivos de encéfalo en un chip (BoC, por sus siglas en inglés) cubren este vacío tecnológico. «Al desacoplar el encéfalo en varias estructuras celulares manteniendo sus interconexiones, los dispositivos de BoC ofrecen una herramienta prometedora y fácil de usar para llevar a cabo modelos preclínicos», añade Bañobre. El equipo del proyecto BrainChip4MED, financiado con fondos europeos, contribuye a aprovechar esta promesa.
Modelización de la barrera hematoencefálica
El equipo del proyecto, que recibió apoyo de las Acciones Marie Skłodowska-Curie (MSCA), se centró en la modelización de la barrera hematoencefálica (BHE). «La BHE ha evolucionado como un sistema de protección adicional de los vasos sanguíneos, funciona como un guardián que impide que las toxinas y otras sustancias nocivas lleguen al encéfalo», explica Raquel Rodrigues, investigadora de las MSCA en el proyecto. Como señala Bañobre, la eficacia de la BHE se basa en la conformación fisiológica de las células endoteliales vasculares. Esta forma uniones herméticas y adhesivas, lo que crea una barrera semipermeable sin fenestración y restringe la difusión libre y el intercambio rápido de moléculas entre la sangre y el encéfalo. «Esta BHE protectora es también uno de los principales retos a la hora de crear fármacos eficaces que puedan atravesar esta barrera sanguínea y dirigirse a las células encefálicas», destaca Bañobre, coordinador del proyecto.
Avances en los modelos de la barrera hematoencefálica
Para superar este reto, los investigadores desarrollaron una biomembrana innovadora basada en la matriz extracelular nativa del encéfalo. Desarrolada con una nueva membrana proangiogénica a base de gelatina que puede cargar y liberar los factores de crecimiento necesarios para promover la vascularización neuronal, la biomembrana imita fielmente las propiedades mecánicas, la hidratación y las señales de adhesión del encéfalo. El resultado de este trabajo es un método sencillo, rápido y no tóxico para producir una biomembrana de la BHE precisa capaz de mantener y generar las condiciones ideales para la propagación, adhesión y formación de uniones estrechas de células endoteliales vasculares durante varios días. «Esto representa un avance significativo en el estado actual de la técnica para el desarrollo de modelos de la BHE», señala Bañobre.
Un gran paso hacia una mejor asistencia sanitaria para todos
En última instancia, en el proyecto se logró diseñar una plataforma nanomédica que permite el cribado de formulaciones pertinentes para la administración terapéutica en el encéfalo. También se ha desarrollado una novedosa estrategia de biosensores ópticos para vigilar los rasgos distintivos de la enfermedad de Alzheimer durante los ensayos preclínicos. «Se trata de un primer paso importante hacia la obtención de una herramienta preclínica con el potencial de orientar el pronóstico y respaldar decisiones terapéuticas más eficaces para medicamentos u otros sistemas nanoterapéuticos diseñados para enfermedades neurodegenerativas, lo que garantizan una mejor asistencia sanitaria y el bienestar para todos», concluye Rodrigues. Rodrigues sigue trabajando en el desarrollo del prototipo de BrainChip4MED, con especial atención a la integración de sistemas de biodetección para el cribado continuo y en tiempo real de fármacos y nanotransportadores de fármacos que se están desarrollando para las enfermedades neurodegenerativas.
Palabras clave
BrainChip4MED, barrera hematoencefálica, demencia, enfermedades neurodegenerativas, encéfalo, encéfalo en un chip, asistencia sanitaria, enfermedad de Alzheimer, herramienta preclínica