ORGANS-ON-A-CHIP
Los Organs-on-a-chip son microdispositivos diseñados por bioingeniería para contener
células y tejidos humanos y para modelar o imitar estructuras, funciones y
reacciones de órganos a condiciones biológicas, factores estresantes o
determinados compuestos.
Estos sistemas han atraído
un interés sustancial en los últimos años por su gran potencial para informar
en múltiples etapas del proceso de descubrimiento y desarrollo de fármacos.
Podrían proporcionar información sobre la función normal de los órganos humanos
y la patofisiología de la enfermedad, además de predecir con mayor precisión la
seguridad y eficacia de los medicamentos en investigación en humanos.
Durante la última década, se ha producido una inversión mundial (FDA, NIH, IQ Consortium, y el Instututo human Organ and Disease Model Technologies (hDMT) y la Sociedad Organ-on-a-chip (EUROoCS) en Europa) de los organismos de financiación científica que ha permitido el desarrollo de una multitud de modelos de tejidos 3D, desde organoides hasta sistemas complejos de tipo multicelular y de múltiples órganos integrados microfluídicamente. [1]
Los Organs-on-a-chip varían desde
dispositivos del tamaño de una memoria USB hasta sistemas más grandes que reflejan
múltiples órganos. Todos ellos tienen 3 características críticas y
definitorias:
- La naturaleza 3D y la disposición de los tejidos en las plataformas.
- La presencia e integración de múltiples tipos de células (como células parenquimatosas, estromales, vasculares e inmunitarias) para obtener un equilibrio más fisiológico de las células.
- La presencia de fuerzas biomecánicas relevantes para el tejido que se modela, por ejemplo, fuerzas de estiramiento para tejidos pulmonares o fuerzas de cizallamiento hemodinámicas para tejidos vasculares. Se pueden incluir canales microfluídicos en los sistemas para administrar y eliminar los medios de cultivo celular y eliminar metabolitos y residuos celulares. [1]
Organs-on-a-Chip en el Desarrollo de Fármacos
El desarrollo de
fármacos de fármacos es un entorno dinámico de transmisión y retroalimentación
de datos entre múltiples etapas y procesos (Figura 2). En múltiples etapas se podrían implementar diferentes plataformas de órganos
en chip. [1]
Figura 2. Utilidad de los Organs-on-a-chip en las diferentes etapas del desarrollo de fármacos. Los componentes en verde representan el uso actual de los órganos en chip y los azules la utilidad prevista. [3]
- En la etapa de investigación básica y preclínica, el acoplamiento con técnicas de edición de genes ofrece una poderosa forma de aumentar el poder predictivo de estas herramientas en la modelización de enfermedades y la toxicología. También, se pueden descubrir y validar biomarcadores clínicamente traducibles mediante conjuntos de datos para correlacionar las lecturas de órganos en chip in vitro con las medidas de los resultados clínicos. Por otra parte, los órganos en chip basados en placas de alto rendimiento con construcciones tisulares relativamente sencillas podrían ser útiles para la identificación de dianas objetivo. Y los de bajo o medio rendimiento que modelan interacciones más complejas entre tejidos u órganos podrían ser más útiles para los estudios preclínicos de toxicidad y eficacia en uno o dos órganos. Los sistemas multiorgánicos son prometedores para reducir la necesidad de realizar estudios con animales.
- La fase de investigación y desarrollo clínico se podrían implementar sistemas multiorgánicos, utilizándolos en paralelo a los ensayos clínicos en fase II. Y los que utilizan células madre de pacientes podrían utilizarse también durante las fases III y IV de los ensayos clínicos, pues podrían ser útiles para la estratificación de los pacientes.
- En la post-comercialización se notifican las posibles reacciones adversas al fármaco que aparecen en la población. Se pueden utilizar los órganos en chip con células madre de pacientes para el seguimiento simultaneo de las terapias aprobadas
- La fase del horizonte médico incluye medicina de precisión y tratamientos específicos para los pacientes. Se podrían utilizar órganos en chip que incluyan células primarias o de iPS del paciente, que pueden ser muy útiles para pacientes con cánceres con causas inusuales o enfermedades raras. [1]
Entrada redactada por Silvia Daza Dueñas el 29/05/2021
REFERENCIAS
[1] Low, L. A., Mummery, C., Berridge, B. R., Austin, C. P., & Tagle, D. A. (2020). Organs-on-chips: Into the next decade. Nature Reviews Drug Discovery, 1-17.
[2] McAleer, C. W., Long, C. J., Elbrecht, D., Sasserath, T., Bridges, L. R., Rumsey, J. W., ... & Hickman, J. J. (2019). Multi-organ system for the evaluation of efficacy and off-target toxicity of anticancer therapeutics. Science translational medicine, 11(497).
[3] Wagner, J. A. et al. Drug Discovery, Development and Deployment Map (4DM): Small Molecules. National Center for Advancing Translational.
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