Chips que imitan órganos humanos para el estudio de enfermedades

Desde el año 2010, científicos del Instituto Wyss de la Universidad de Harvard trabajan en un campo verdaderamente prometedor en lo que a investigación médica se refiere. En concreto, están desarrollando chips de microfluidos que simulan convincentemente el comportamiento de diversos órganos humanos, con el propósito de facilitar el estudio de toda clase de enfermedades y asimismo evitar que se tengan que hacer pruebas con animales.

Uno de sus últimos avances al respecto, recientemente difundido por la propia universidad en un comunicado, consiste en una máquina capaz de fumar cigarrillos como lo hiciera una persona y equipada con chips que imitan a los pulmones, lo que permite analizar los efectos que provoca el tabaco sobre dichos órganos.

ESTUDIANDO LA EPOC

La citada máquina se ha creado con el propósito específico de comprender mejor la enfermedad pulmonar obstructiva crónica, conocida también con las siglas EPOC. Se trata de un mal cuyos afectados son en gran medida fumadores o exfumadores, y que provoca la inflamación de los bronquios, con las consiguientes complicaciones respiratorias.

Con capacidad para “fumar” hasta 12 cigarrillos al mismo tiempo, el robot desarrollado por los investigadores de Harvard puede aspirar con mayor o menor intensidad, así como variar la frecuencia de las caladas. Después, el humo del tabaco llega hasta el pulmón artificial recreado en un chip, y es entonces cuando los científicos pueden observar los efectos.

El chip en cuestión está cargado con materia orgánica, en concreto células vivas, que pueden ser las de una persona sana o las de alguien enfermo, lo que posibilita establecer comparaciones. De hecho, los investigadores pudieron comprobar que las células de los afectados por EPOC tienen una mayor respuesta inflamatoria que las de los individuos sanos.

Asimismo, los responsables del proyecto observaron que el humo de los cigarrillos dificulta el correcto movimiento de los cilios. Estos últimos, que también se hallan presentes en el chip, son estructuras celulares similares a pelos y cuya función es la limpieza de los pulmones, por lo que si no actúan como deberían, eso puede desembocar en tos crónica.



De esta manera, los científicos de Harvard pudieron estudiar con precisión las diferencias existentes entre los bronquios de afectados por EPOC y los de personas sanas. Algo que en un futuro, como celebran los autores de la investigación, podría facilitar biomarcadores para determinados medicamentos, así como el desarrollo de tratamientos para la enfermedad con un enfoque más personalizado en función de cada paciente.

DEL TAMAÑO DE UN PINCHO USB

Hace ya seis años, el primer órgano humano recreado en un chip fue precisamente el pulmón, gracias al trabajo del científico Donald Ingber, del Instituto Wyss. Desde entonces, los investigadores de este centro han conseguido simular otras partes del cuerpo, tales como el intestino e incluso el corazón, siendo este último uno de sus mayores logros. Pero el citado instituto no es la única entidad que experimenta con este tipo de chips, y es que diversas entidades -entre las que se halla la agencia DARPA de Estados Unidos- han informado de exitosos resultados imitando riñones, hígados e incluso córneas.

Como se ha señalado antes, los mentados chips de microfluidos albergan células vivas en su interior, las cuales se hallan en un entorno dinámico donde interaccionan unas con otras. Con el tamaño de una pequeña memoria USB, estos dispositivos están fabricados con un polímero transparente y cuentan con redes de tubos por las que pueden discurrir distintas sustancias, como por ejemplo sangre u otros líquidos provistos de nutrientes. Esos tubos tienen menos de un milímetro de grosor cada uno y se hallan alineados con las células humanas insertadas, las cuales han sido extraídas del órgano en cuestión que se quiera estudiar.

Una vez que una determinada sustancia es bombeada a través de la red de tubos, las células llevan a cabo las funciones del órgano al que pertenecen. En el caso de un pulmón, por ejemplo, y gracias a que los compartimentos presentes en el chip pueden configurarse de distintas formas -según el tejido que se quiera replicar-, cuando se bombea aire se consigue imitar la respiración de una persona con resultados muy fidedignos. Igualmente, la inserción de sustancias con bacterias permite estudiar el comportamiento de las células ante una infección. Las posibilidades son bastantes, tal y como aplauden los impulsores de esta tecnología.

Sin riesgo alguno para personas ni animales, se pueden llevar a cabo ensayos de toda condición, no sólo para analizar enfermedades concretas, sino también para comprobar las reacciones a determinadas drogas, verificar la seguridad de productos cosméticos o conocer los efectos de la comida en los humanos. Y es que es un método que permite a los investigadores observar con gran precisión todo tipo de mecanismos biológicos y fisiológicos, muchos de los cuales son difíciles de ver con el resto de sistemas existentes.


AHORRO DE COSTES Y ENSAYOS MÁS FIABLES

Estos chips se tratan, por tanto, de una suerte de observatorios transparentes y en miniatura que, mediante un microscopio, permiten ver en tiempo real el trabajo que llevan a cabo las células. Y como recalcan los responsables del Instituto Wyss en su página web, aceleran el desarrollo de medicamentos y reducen los costes de los caros estudios -normalmente de millones de dólares- que se realizan para probar fármacos.

Igualmente, sus impulsores afirman que estos dispositivos constituyen una prometedora y más fiable alternativa al tipo de ensayos que se realizan actualmente, como las experimentaciones con animales o los cultivos celulares. En lo que se refiere a pruebas con seres vivos, aunque son de gran utilidad, sus resultados no pueden extrapolarse con exactitud a los humanos, debido a que estos tienen su propia fisiología única y específica, que hace que reaccionen de forma distinta a determinados estímulos. Y en lo relativo los cultivos celulares, estos también salen perdiendo frente a la nueva tecnología, ya que son planos y bidimensionales, y en ellos las células no se hallan tan cómodas como cuando se localizan en un órgano, y por tanto reaccionan de manera diferente.

No obstante, existen voces escépticas en lo que se refiere a esta innovación, como recoge en un artículo la revista del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT). En concreto, las críticas se centran en que estos chips no están situados en el entorno habitual de un órgano, esto es, el cuerpo humano, donde ejercen su influencia todo tipo de agentes imprevisibles, tales como hormonas y moléculas de distinta clase. Asimismo, una enfermedad normalmente afecta a varias zonas del cuerpo al mismo tiempo, por lo que algunos científicos consideran que una perfecta comprensión de la misma no podría obtenerse observando un único órgano.


El futuro de esta tecnología se halla no sólo en la recreación de órganos que aún no se hayan conseguido emular, sino también en la interconexión de distintos chips, con el propósito de configurar una suerte de cuerpo humano artificial, donde los distintos órganos interaccionen entre sí. Ese es justamente el objetivo de un acuerdo pactado entre la agencia DARPA y el Instituto Wyss, que buscan desarrollar un circuito multicanal compuesto de hasta diez chips distintos, lo que, entre otras cosas, permitiría observar cómo una misma sustancia afecta de distinta manera a los diversos órganos. Esto sería de de gran ayuda, por ejemplo, para las farmacéuticas, que podrán estudiar los efectos secundarios que puedan tener los medicamentos que desarrollen, al obtener una respuesta dinámica de varios chips al mismo tiempo.