Órgano en un chip: mejor atención médica a través de pruebas superiores de medicamentos
Más del 90 % de los productos farmacéuticos fallan en los ensayos clínicos, a pesar de que cuando un medicamento está listo para ser probado en humanos, es normalmente ya se ha estudiado en placas de Petri y modelos animales durante años. Eso representa muchos callejones sin salida y esperanzas frustradas.
Una nueva herramienta desarrollada a medida, llamada órgano en un chip, muestra potencial para hacer que las pruebas preclínicas sean más precisas. En Duke, Shyni Varghese, Ph.D., experta en la nueva tecnología, se está asociando con colegas para evaluar su potencial en la evaluación de candidatos a fármacos para el COVID-19.
Un órgano en un chip es una plataforma que representa una versión miniaturizada de un tejido en particular, digamos el corazón, que se genera a partir de células humanas que han sido estimuladas para crecer en tipos de células particulares, como las células cardíacas. Lo que hace que el órgano en un chip sea especial es la incorporación de un sistema de microfluidos, una serie de pequeños canales que transportan fluidos. El sistema de microfluidos se puede utilizar para simular el flujo sanguíneo o para crear movimiento en las células, como un movimiento rítmico para imitar la acción de la respiración. También se puede usar para bañar las células con un fármaco para evaluar qué tan bien funciona el fármaco.
Y todo esto cabe en lo que parece un portaobjetos de microscopio.
«Es un 3D cultivo celular con una arquitectura que imita ciertas características cardinales del tejido», dice Varghese.
La promesa del órgano en un chip proviene del hecho de que es dinámico y tridimensional. Por esos motivos, tiene el potencial de descartar de manera más efectiva los productos farmacéuticos que probablemente sean ineficaces o inseguros antes de que esos productos farmacéuticos lleguen a los ensayos clínicos en humanos.
El órgano en un chip combina muy bien Las pasiones de Varghese por la ingeniería y la medicina. Le encanta aplicar su experiencia en física, química y matemáticas a problemas médicos. «Puedo ver ambos mundos al mismo tiempo», dice. «Y puedo usar gran parte de mi experiencia en ciencias físicas para resolver problemas biológicos».
Su enfoque multidisciplinario se refleja en su nombramiento conjunto, que se divide mitad y mitad entre la Escuela de Ingeniería Pratt y la Facultad de Medicina (Departamento de Cirugía Ortopédica). De hecho, la capacidad de colaborar entre escuelas fue un gran atractivo en su decisión de venir a Duke en 2017 como investigadora de MEDx, parte de un grupo creciente de profesores que trabajan en la intersección de la medicina y la ingeniería en Duke.
En el proyecto COVID, ella y sus colegas del departamento de ingeniería biomédica están dividiendo los sistemas de órganos según su experiencia y conocimientos. Ella trabajará con un pulmón en un chip, mientras que George Truskey, Ph.D., usará un chip para estudiar el sistema vascular, y Nenad Bursac, Ph.D., observará el corazón. . Los tres evaluarán la eficacia de los fármacos candidatos en sus respectivos órganos.
Es importante observar varios sistemas de órganos porque la COVID no daña solo los pulmones; también puede dañar el corazón y causar coágulos de sangre en el sistema vascular. Un fármaco que protege los pulmones de la enfermedad puede no ser muy valioso si no evita que el virus cause problemas en el corazón.
Los investigadores y los miembros de su laboratorio «infectarán» los órganos en -chips con la proteína del pico del coronavirus (no un virus vivo), y luego perfundir el tejido con un candidato a fármaco para ver si puede evitar que la proteína del pico se una a las células humanas. También buscarán ver si la droga daña el tejido del órgano en el proceso.
«Esta es una tecnología emergente», dice Truskey. «Estamos realizando estos estudios para probar qué tan precisos son. No es algo que las empresas usen de manera rutinaria, pero hay un interés creciente. Realmente creo que es un enfoque muy prometedor».
Evaluar tratamientos preclínicos es simplemente una de las muchas formas en que los órganos en chips pueden hacer avanzar la ciencia. Varghese considera que son una herramienta invaluable cuando explora preguntas básicas y desarrolla conocimientos sobre cómo funcionan los órganos, conocimientos que pueden conducir a soluciones y aplicaciones en el futuro.
«Una comprensión fundamental acelera nuestro progreso», dice. «Cuando comprendes muy bien el sistema, puedes ver cuándo las cosas van mal».
Actualmente está fascinada con los efectos del envejecimiento y la inflamación en el cerebro humano y otros órganos. Para explorar una pregunta como esa, integrará diferentes órganos para crear un «cuerpo en un chip». Eso la ayudará a discernir si, y cómo, la inflamación en las articulaciones, por ejemplo, podría crear problemas en el cerebro.
Un cuerpo en un chip también podría usarse para descubrir si un medicamento destinado a ayudar un sistema de órganos puede dañar a otro.
A Varghese también le fascina la formación y curación de los huesos. Con la ayuda de imitaciones de tejidos diseñados, ha desarrollado tratamientos prometedores que algún día podrían ayudar a que los huesos sanen más rápido y a prevenir la osteoporosis.
En todos sus proyectos, Varghese se inspira en su propio pensamiento de espíritu libre y en los estudiantes. y otros jóvenes investigadores. «Tengo estos pensamientos locos», dice ella. «Luego lanzan una idea, y es como Ping-Pong».
No es probable que Varghese se quede sin «pensamientos locos» en el corto plazo. «La ciencia es divertida», dice ella. «Todo es cuestión de imaginación».
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