Las pruebas en animales pueden ser superadas por "Organ-on-a-Chip"

Un estudio de EE. UU. Que utilizó con éxito un "pulmón en un chip" para simular un efecto secundario de un medicamento de quimioterapia acerca el día en que los desarrolladores de fármacos usan métodos de "órgano en un chip" para reemplazar enfoques más tradicionales como pruebas con animales y cultivos celulares, que son costosos y lentos.
El autor principal Donald Ingber, director fundador del Instituto Wyss de Ingeniería Biológica Inspirada en la Universidad de Harvard en Boston, y sus colegas, escriben en la edición en línea del 7 de noviembre de Ciencia de medicina traslacional, cómo desarrollaron su "pulmón en un chip" para estudiar el edema pulmonar, un importante efecto secundario tóxico del fármaco de quimioterapia contra el cáncer interleucina-2 (IL-2).
Ingber dice en un comunicado:
"Las principales compañías farmacéuticas pasan mucho tiempo y una gran cantidad de dinero en cultivos celulares y pruebas en animales para desarrollar nuevos medicamentos, pero estos métodos a menudo no pueden predecir los efectos de estos agentes cuando llegan a los humanos".

Pulmón en un chip

En su artículo, Ingber y sus colegas escriben cómo su estudio proporciona "una prueba de principio para usar un microdispositivo biomimético" que funciona lo suficiente como un pulmón para imitar el edema pulmonar.
El microdispositivo, que el equipo escribió por primera vez hace dos años, es un polímero cristalino y flexible del tamaño de una tarjeta de memoria que contiene canales huecos.
Forraron los canales con capas de células humanas vivas para crear un "dispositivo microfluídico" que replica la "interfaz alveolar-capilar" en los pulmones humanos. Esta interfaz es donde el oxígeno del aire pasa a través de las paredes de pequeños sacos de aire hacia los finos vasos sanguíneos de los pulmones y de ahí al torrente sanguíneo.
La parte clave del dispositivo tiene una membrana delgada, flexible y porosa como la pared entre dos canales. En un lado está revestido con células de pulmón humano del saco de aire y expuesto al aire (el canal de aire), mientras que el otro lado contiene células sanguíneas capilares humanas con medio que fluye sobre ellas (el canal de sangre).
Las células experimentan flujo de aire y flujo de fluido, y una "tensión mecánica" cíclica que imita los movimientos de respiración normales. Para crear la tensión mecánica, se aplica un vacío a los canales laterales: esto deforma la interfaz tejido-tejido y recrea la forma en que el tejido pulmonar se expande y retrae durante la respiración.

Prueba de Efecto secundario de IL-2, Edema pulmonar

Ingber y sus colegas utilizaron sus microdispositivos para evaluar el edema pulmonar, un efecto secundario importante del fármaco de quimioterapia IL-2. El edema pulmonar es una enfermedad mortal en la que los pulmones se llenan de líquido y coágulos de sangre.
Cuando inyectaron IL-2 en el canal de sangre, el líquido se filtró a través de la membrana que lo separó del canal de aire, reduciendo su suministro de aire y, por lo tanto, reduciendo la cantidad de oxígeno que se mueve a las células sanguíneas. Esto es exactamente lo que ocurre en los pulmones de pacientes humanos que reciben dosis equivalentes de IL-2, y en el mismo plazo, dicen los investigadores.

Las proteínas del plasma sanguíneo también se cruzaron en el canal de aire, causando la formación de coágulos de sangre en el espacio aéreo, como ocurre en los seres humanos tratados con IL-2.
Sin embargo, los investigadores se sorprendieron por un resultado particular: el acto físico de respirar parece aumentar el efecto de IL-2 en el edema pulmonar. Ingber dice que esto fue "algo que los médicos y científicos nunca sospecharon".
Descubrieron esto cuando encendieron el generador de vacío para simular la respiración mecánica: la fuga de líquido aumentó más de tres veces cuando se trató con la dosis de IL-2 pertinente. El equipo confirmó que se produce la misma respuesta en un modelo animal de edema pulmonar.
Este sorprendente resultado sugeriría los médicos que administren IL-2 a los pacientes con un respirador deberían considerar reducir el volumen tidal de aire que se empuja hacia los pulmones. Esto podría reducir los efectos secundarios negativos de la droga, dicen los investigadores.

Nuevos objetivos de drogas

El estudio también ofrece interesantes perspectivas para los desarrolladores de fármacos, ya que, como explica Ingber, "este modelo en chip del edema pulmonar humano puede usarse para identificar nuevos agentes terapéuticos potenciales". in vitro".

Los investigadores sugieren que los síntomas del edema pulmonar podrían prevenirse mediante el tratamiento de los tejidos con una nueva clase de fármaco, un potencial transitorio de receptor vanilloide 4 (TRPV4) bloqueador de canales.
TRPV4 ya está siendo desarrollado por GlaxoSmithKline (GSK), y es el tema de un estudio separado, realizado por investigadores de GSK, en el mismo número de Ciencia de medicina traslacional. En ese estudio, el equipo de GSK escribe cómo confirmaron de forma independiente la capacidad de TRPV4 para reducir el edema pulmonar utilizando modelos animales de la afección causada por la insuficiencia cardíaca.

Trascendencia

Ingber dice que en poco más de dos años han pasado de revelar el diseño inicial de su pulmón en un chip a mostrar que puede modelar una enfermedad humana compleja, y dar una idea de lo que los descubridores y desarrolladores de fármacos van a hacer en el futuro .
Parte del financiamiento para el estudio provino de la División de Coordinación de Programas, Planificación e Iniciativas Estratégicas del NIH, a través del programa de Ciencia Reguladora del Fondo Común. El director de esa división es James M. Anderson, quien dice:
"Órganos en un chip representa un nuevo enfoque para modelar la estructura, la biología y la función de los órganos humanos, como lo demuestra la compleja acción de respiración de este pulmón de ingeniería. Esta acción de respiración fue clave para proporcionar una nueva visión de la etiología de edema pulmonar."
"Estos resultados proporcionan soporte para el uso más amplio de tales microsistemas en el estudio de la patología de la enfermedad y con suerte para la identificación de nuevos objetivos terapéuticos", agrega.
Escrito por Catharine Paddock PhD