Investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) y del CRESIB, centro de investigación de ISGlobal, han realizado un gran avance en el ámbito de la microingeniería de ‘órganos-en-un-chip’, con la creación de un modelo funcional de bazo en 3D capaz de actuar como este órgano y filtrar los glóbulos rojos de la sangre.
Lo han conseguido recreando a microescala las propiedades físicas y las fuerzas hidrodinámicas de la unidad funcional de la pulpa roja del bazo, informa el IBEC en un comunicado. El dispositivo podría servir para detectar posibles fármacos contra la malaria y otras enfermedades hematológicas. El estudio ha sido publicado en la revista especializada Lab on a Chip.
La idea original
La idea original de crear un bazo-en-un-chip surgió de los grupos del Dr. Hernando A del Portillo, Profesor ICREA del CRESIB, centro de investigación de ISGlobal, quien estudia desde hace varios años el papel del bazo en la malaria; y del Dr. Josep Samitier, director del IBEC y catedrático de la Universidad de Barcelona, quien estudia las propiedades reológicas de la sangre, incluyendo aquella parasitada por malaria, para desarrollar sistemas de diagnóstico.
“Debido a las limitaciones éticas y tecnológicas de estudiar el bazo humano, conocido como la “caja negra” de la cavidad abdominal, ha habido muy pocos avances en su estudio”, explica del Portillo. Para romper esta barrera se inició una colaboración para desarrollar un modelo del bazo humano-en-un-chip mediante un proyecto EXPLORA.
“El sistema fluídico del bazo es muy complejo y adaptado evolutivamente para filtrar y destruir selectivamente glóbulos rojos viejos, micro-organismos y glóbulos rojos parasitados por malaria,” explica el Dr. Antoni Homs, investigador del IBEC y coautor del estudio.
“El bazo filtra la sangre mediante un método único, haciéndola ‘microcircular’ a través de lechos de filtración formados por la pulpa roja del bazo en un compartimento especial donde el hematocrito (el porcentaje de células rojas de la sangre) se ve aumentado. De modo que los macrófagos especializados pueden reconocer y destruir glóbulos rojos enfermos.”
Además, la sangre en este compartimento solo puede viajar en un único sentido a través de ranuras interendoteliales antes de llegar al sistema circulatorio, lo que representa un riguroso segundo test para asegurar la eliminación de las células viejas o enfermas.
Imitando el bazo a tamaño micro
Los investigadores de estos dos centros, pertenecientes a la red de centros CERCA, han imitado estas dos condiciones de control en su plataforma de tamaño micro para simular la microcirculación de la sangre a través de dos canales principales (uno lento y uno rápido) diseñados para dividir el flujo.
En el canal ‘lento’ la sangre fluye a través de una matriz de pilares simulando el ambiente real donde el hematocrito aumenta y la sangre “enferma” es destruida.
El dispositivo ya se ha probado con glóbulos rojos humanos sanos y en infectados por malaria, trabajo realizado mayoritariamente por los investigadores predoctorales Luis G. Rigat-Brugarolas (IBEC) y Aleix Elizalde-Torrent (CRESIB/ISGlobal), coautores también de este trabajo.
“Nuestro dispositivo facilitará el estudio de la función del bazo en malaria, e incluso podría proporcionar una plataforma flexible para la detección de posibles fármacos contra ésta y otras enfermedades hematológicas,” dice del Portillo.
“La investigación en órganos-en-un-chip integrando microfluídica con sistema celulares aún está dando sus primeros pasos, pero ofrece enormes perspectivas hacia el futuro de los ensayos de fármacos para diferentes patologías”, especifica Samitier.
Estos dispositivos en 3D, que imitan las interrelaciones tejido-tejido y los microambientes únicamente vistos en los órganos vivos, permite una nueva percepción de las enfermedades que no puede obtenerse fácilmente con los estudios convencionales con animales, que son costosos y consumen mucho tiempo. Además, cede el paso a los resultados relacionados con humanos que los modelos animales no pueden predecir.
Avance anterior: un pulmón en un chip
En 2012, un equipo de investigadores del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering de la Universidad de Harvard (en Estados Unidos) también fabricaron un órgano en un chip, en este caso un pulmón.
Con él consiguieron imitar un edema pulmonar (una acumulación anormal de líquido en los pulmones), analizaron la toxicidad de un fármaco, y determinaron nuevas terapias posibles de prevención de esta enfermedad potencialmente mortal.
En términos generales, los expertos consideran que el concepto de «órganos-en-chips» puede acabar sustituyendo a los métodos más tradicionales de descubrimiento y desarrollo de medicamentos.
Los órganos-en-un-chip representan un nuevo método para modelar la estructura, la biología y el funcionamiento de los órganos humanos. El uso de este tipo de microsistemas en el estudio de las patologías podría extenderse para la identificación de nuevas dianas terapéuticas.
Referencias bibliográficas:
Rigat Brugarolas, L. G., Elizalde Torrent, A., Bernabeu, M., de Niz, M., Martin Jaular, L., Fernandez Becerra, C., Homs Corbera, A., Samitier, J. & del Portillo, H. A. Functional microengineered model of the human splenon-on-a-chip. Lab on a Chip (2014). DOI: 10.1039/C3LC51449H.
Dongeun Huh, Daniel C. Leslie, Benjamin D. Matthews, Jacob P. Fraser, Samuel Jurek, Geraldine A. Hamilton, Kevin S. Thorneloe, Michael Allen McAlexander, y Donald E. Ingber. A Human Disease Model of Drug Toxicity–Induced Pulmonary Edema in a Lung-on-a-Chip Microdevice. Science Translation Medicine (2012). DOI: 10.1126/scitranslmed.3004249.