Recientemente su nombre apareció en diferentes medios de comunicación por su propuesta de sustituir animales de investigación por microchips que incorporan tejidos humanos. ¿Podría indicarnos el porqué de esta propuesta?
El pasado mes de diciembre de 2022, fue aprobada en Estados Unidos la Ley de Modernización de la FDA 2.0, con un presupuesto millonario para apoyar un Programa de Nuevos Métodos Alternativos para reducir las pruebas con animales. Esta ley sustituye a la anterior que llevaba vigente desde el año 1938, que establecía el requisito normativo de utilizar animales en los ensayos con nuevos medicamentos para poder ser aprobada su comercialización. Este requisito queda ahora eliminado abriéndose la puerta a otras alternativas al uso de animales para supervisar la seguridad de los medicamentos. No obstante, también hay que indicar que el empleo de animales en estas pruebas no se prohíbe. De hecho, se seguirán utilizando durante muchos años. Una de las alternativas al uso de animales son los microchips que utilizan células humanas en entramados tridimensionales.
¿Cómo son los microchips que podrían reproducir organoides de células humanas?
Estos microchips, conocidos como órgano en un chip (OOAC) o sistemas microfisiológicos (MPS), son dispositivos microfluídicos miniaturizados que incorporan células de tejidos y organoides que pueden reproducir funciones fisiológicas del cuerpo humano, lo que permite su uso tanto en ensayos de toxicidad de productos químicos como en la investigación y desarrollo de nuevos medicamentos. Estas tecnologías pueden incorporar un único tejido o varios tejidos conectados en un mismo dispositivo. Son, por ello, una alternativa a los cultivos celulares bidimensionales convencionales y a algunos modelos animales, ya que reproducen una arquitectura tridimensional y permiten la interconexión celular.
¿Pueden reproducir cualquier órgano del cuerpo humano?
En principio sí, ya que es posible obtener un órgano mediante reprogramación celular. Algo que se conoce desde hace tiempo y que fue objeto del Premio Nobel de Medicina y Fisiología en el año 2012 y que parte del año 1962, cuando el científico británico John Gurdon descubrió que la especialización de células es reversible y que el ADN de una célula madura tiene toda la información necesaria para desarrollar cualquier célula de un animal. Posteriormente, en el año 2006, el científico japonés Shinya Yamanaka descubrió que las células maduras intactas podían reprogramarse para convertirse en células inmaduras (células pluripotentes inducidas o iPS) con la capacidad de desarrollar distintos tejidos del organismo, introduciendo simplemente en ellas solo unos pocos genes. Por tanto, con un tratamiento adecuado podría, en principio, conseguirse cualquier órgano.
¿Cómo funcionan?
Mediante diferentes técnicas como la fotolitografía o el ensamblado de capas de materiales adecuados, se generan estructuras con microcavidades interconectadas en las que se introducen los tejidos. Como sistemas integrados, incorporan no solo estos organoides o el conjunto celular, sino también sensores químicos que pueden monitorizar de manera inmediata en tiempo real los cambios que se producen en determinados biomarcadores, secretados por las células como respuesta a la presencia de un tóxico o de un medicamento. Lo que permite una elevada capacidad de muestreo.
¿Qué ventajas tienen con respecto a la forma de experimentación actual?
La ventaja fundamental es poder evitar las dificultades de naturaleza ética y legal que supone utilizar animales en investigación experimental y en los ensayos de toxicidad, y que con estos dispositivos obviamente no existirían. Pero, además, el poder utilizar tejidos humanos en los ensayos garantiza también poder reproducir entornos fisiológicos y fisiopatológicos replicables a las características del ser humano, tanto en modelos sano como de enfermedad, lo que reduciría también las limitaciones que se observan a veces en la correlación de los resultados obtenidos con animales para su implementación en seres humanos. Como, por ejemplo, el cálculo de una dosis segura para el inicio de un ensayo clínico en fase I, que actualmente se realiza de acuerdo con la respuesta observada en animales y que en ocasiones puede conducir a la utilización de dosis tóxicas, como ocurrió de hecho no hace mucho tiempo, en el año 2016, con el fármaco experimental BIA 10-2474 de laboratorios Bial, que produjo el fallecimiento de un voluntario en estos ensayos, o también el caso del anticuerpo monoclonal TGN1412 de TeGenero en el año 2006, que produjo fallo multiorgánico en los voluntarios que participaron en el ensayo clínico, a pesar de utilizar una dosis muy inferior a la que se calculó ser segura en los ensayos con monos.
¿En qué punto de desarrollo está la investigación?
Actualmente hay numerosas empresas que proporcionan estos dispositivos para realizar ensayos, como por ejemplo Emulate Inc., que dispone del ‘human Liver-Chip’ capaz de identificar la toxicidad hepática de medicamentos con una especificidad del 100% para los medicamentos ensayados (https://emulatebio.com/liver-chip/)
En el Departamento de Química Analítica, Química Física e Ingeniería Química, y dentro del área de Química Analítica, el Profesor Alberto Escarpa lidera un proyecto sinérgico interdisciplinar de la Comunidad de Madrid para el desarrollo de un órgano en un chip que incorpora tejido neuronal e intestinal, que permitiría estudiar el eje de interacción intestino cerebro y como podría este verse afectado por cambios en la microbiota intestinal. La idea es estudiar el papel del microbioma y su implicación en enfermedades neurodegenerativas utilizando estos dispositivos. El proyecto se encuentra en sus primeras fases y participan numerosos investigadores, por lo que no hay todavía resultados.
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