Un órgano en un chip (OoC por sus siglas en inglés) es un sistema de cultivo celular que simula el microambiente y los aspectos funcionales clave de órganos vivos en una escala microscópica, usando principios de biomimetismo, microingeniería y tecnologías de microfluidos. Esta plataforma está diseñada principalmente para la manufactura y prueba de nuevos medicamentos como parte del descubrimiento de fármacos.

«Los órganos en un chip tienen la voluntad de reproducir en el laboratorio cómo es la fisiología de una parte de un órgano y, de esta manera, hacer un análisis mucho más detallado de cómo actuará un medicamento», explica Josep Samitier. Estos dispositivos en tres dimensiones imitan las relaciones entre tejidos y los microambientes de los organismos vivos. Son pequeñas muestras, producto de la microingeniería, que cumplen todas las funciones del órgano correspondiente. Su creación abre grandes perspectivas para la investigación y, especialmente, para la farmacología: mejoran los procedimientos de medición habituales y pueden acelerar ─y abaratar─ el desarrollo de nuevos fármacos.

Los procesos celulares que han podido ser estudiados en este tipo de dispositivos son muy diversos, entre ellos están el crecimiento y la muerte, la morfología de células y tejidos, la diferenciación, la motilidad y contractilidad de las células, la función de las barreras tisulares, el metabolismo, la secreción, el estrés oxidativo, entre otros. Además, se han realizado investigaciones sobre algunos procesos biológicos normales o patológicos, como la transición epitelio-mesénquima, la contracción cardiaca, el metabolismo de fármacos, la vasculogénesis, la angiogénesis tumoral, la invasión y metástasis de células cancerosas, la eficacia y los efectos colaterales de algunos fármacos, la mecanobiología, entre otros.

Los estudios con animales son largos, caros, y además, no pueden predecir con exactitud el comportamiento con humanos, ya que hay diferencias entre la reacción de un organismo animal y uno humano ante un mismo estímulo. De igual modo, los cultivos celulares tampoco replican con total garantía las respuestas del cuerpo.«Los cultivos celulares son bidimensionales, planos: no se comportan como lo hace el hígado, el riñón o el corazón dentro del organismo. Eso provoca que, a veces, un fármaco que funciona bien en el laboratorio no sea efectivo cuando lo probamos en personas.» Muchos proyectos farmacológicos fracasan en la fase de pruebas con humanos, aunque hayan superado los ensayos previos. Y ese tipo de fracaso en un estadio tan avanzado de desarrollo representa un gran gasto para la industria farmacéutica.

En el desarrollo tecnológico de los órganos en chips, uno de los retos técnicos que se ha presentado está relacionado con la elección de los tipos de materiales usados en su fabricación, entre los cuales se encuentran el policarbonato, el poliestireno, y un tipo de silicona llamado PDMS (polimetilsiloxano). Estos materiales son usados como sustratos de cultivo; sin embargo, sus propiedades fisicoquímicas desafortunadamente no mimetizan a las matrices extracelulares in vivo. El PDMS es uno de los materiales más usados en la fabricación de estos dispositivos, y a pesar de las ventajas que representa su uso, se ha visto que tiene algunas deficiencias, como por ejemplo la capacidad de absorber pequeñas moléculas, lo que podría disminuir las concentraciones efectivas de los fármacos y disminuir su actividad en los cultivos realizados en los microdispositivos.

La mecanobiología es un proceso por el cual las células convierten señales mecánicas en respuestas biológicas. Este proceso es iniciado por diversos estímulos mecánicos como el estrés laminar, el flujo intersticial, o la tensión ejercida por la matriz extracelular. Dichos estímulos provocan diferentes respuestas biológicas en las células o tejidos.

El avance en este tipo de desarrollos tecnológicos dependerá no sólo del esfuerzo de los científicos, sino también de los acuerdos que se establezcan entre las instituciones académicas, la industria y el gobierno. Así, se espera que muy pronto los dispositivos del tipo órganos en un chip, cuerpo en un chip, e incluso organismo en un chip sean de las tecnologías con mayores aplicaciones en la biomedicina.

Por: Dalia Solano

Fuentes:

SenesCiencia.
Órganos en un chip.

Revista Odontológica Mexicana.
De la ficción a la realidad: órganos-en-chips al Servicio de la Ciencia y la Medicina.

Scielo.
De la ficción a la realidad: Órganos en chips al servicio de la Ciencia y la Medicina