Este sistema incorpora tejido de corazón, hueso, hígado y piel, en compartimentos independientes que están vinculados con flujos vasculares simulados.
El sistema incluye células inmunes que circulan dentro de la vasculatura simulada.
La tecnología representa un avance en los sistemas de órganos en un chip, ya que permite a los científicos estudiar los efectos de fármacos o intervenciones en múltiples órganos simultáneamente.
Además, como todos los tejidos diseñados se crean utilizando células madre pluripotentes inducidas derivadas de una muestra de sangre, esto podría permitir la medicina personalizada.
El órgano en un chip plug-and-play se puede personalizar según el paciente.
Varias instituciones de investigación de todo el mundo han desarrollado una variedad de dispositivos únicos, pero la creación de sistemas multiorgánicos sigue siendo un desafío.
Al fin y al cabo, cada órgano del cuerpo disfruta de un entorno único que le conviene, a pesar de estar vinculado a otros órganos a través de la circulación.
Recrear estos nichos en un chip, permitiendo al mismo tiempo la comunicación entre ellos, es una tarea formidable, pero estos investigadores parecen haberlo logrado después de mucho trabajo duro.
Este es un gran logro para nosotros: hemos pasado diez años realizando cientos de experimentos, explorando innumerables grandes ideas y construyendo muchos prototipos, y ahora, por fin, hemos desarrollado esta plataforma que captura con éxito la biología de las interacciones de los órganos en el cuerpo”, dijo Gordana Vunjak-Novakovic, una de las desarrolladoras de la nueva plataforma.
El chip tiene el tamaño de un portaobjetos de microscopio y contiene tejidos de hueso, piel, corazón y hígado, que los investigadores eligieron porque todos estos tejidos experimentan efectos secundarios importantes durante la terapia contra el cáncer. Por lo tanto, el sistema representa un método para probar si un paciente específico tolerará una terapia contra el cáncer específica.
«Proporcionar comunicación entre tejidos, preservando al mismo tiempo sus fenotipos individuales, ha sido un gran desafío», dijo Kacey Ronaldson-Bouchard, otra investigadora involucrada en el estudio.
“Debido a que nos enfocamos en utilizar modelos de tejido derivados del paciente, debemos madurar individualmente cada tejido para que funcione de manera que imite las respuestas que se verían en el paciente, y no queremos sacrificar esta funcionalidad avanzada al conectar múltiples tejidos. «
“En el cuerpo, cada órgano mantiene su propio entorno mientras interactúa con otros órganos mediante el flujo vascular que transporta células circulantes y factores bioactivos.
Entonces, elegimos conectar los tejidos mediante circulación vascular, preservando al mismo tiempo cada nicho de tejido individual que es necesario para mantener su fidelidad biológica, imitando la forma en que nuestros órganos están conectados dentro del cuerpo”.
Estudio de medicamentos contra el cáncer
Los investigadores también querían demostrar cómo se podría utilizar el modelo para estudios de una enfermedad sistémica importante en un contexto humano y optaron por examinar los efectos adversos de los fármacos contra el cáncer.
Investigaron los efectos de la doxorrubicina, un fármaco anticancerígeno ampliamente utilizado, en el corazón, el hígado, los huesos, la piel y la vasculatura.
Demostraron que los efectos medidos recapitulaban los informados en estudios clínicos de terapia contra el cáncer con el mismo fármaco.
Paralelamente, el equipo desarrolló un nuevo modelo computacional del chip multiorgánico para simulaciones matemáticas de la absorción, distribución, metabolismo y secreción de fármacos.
Este modelo predijo correctamente el metabolismo de la doxorrubicina en doxorrubicinol y su difusión en el chip.
La combinación del chip multiorgánico, con metodología computacional, en futuros estudios de farmacocinética y farmacodinamia de otros fármacos proporciona una base mejorada para la extrapolación preclínica a clínica, con mejoras en el proceso de desarrollo de fármacos.
“Mientras lo hacíamos, también pudimos identificar algunos marcadores moleculares tempranos de cardiotoxicidad, (el principal efecto secundario que limita el uso generalizado del fármaco).
“En particular, el chip multiorgánico predijo con precisión la cardiotoxicidad y la miocardiopatía que a menudo requieren que los médicos reduzcan las dosis terapéuticas de doxorrubicina o incluso suspendan la terapia”, dijo Vunjak-Novakovic.
Otras aplicaciones, individualizadas y específicos de cada paciente.
Actualmente, el equipo de investigación está utilizando variaciones de este chip para estudiar: metástasis del cáncer de mama ; metástasis del cáncer de próstata; leucemia; efectos de la radiación en los tejidos humanos; los efectos del SARS-CoV-2 en el corazón, los pulmones y la vasculatura; los efectos de la isquemia en el corazón y el cerebro; la seguridad y eficacia de los medicamentos.
El grupo también está desarrollando un chip estandarizado fácil de usar para laboratorios académicos y clínicos, ayudando a utilizar todo su potencial para avanzar en estudios biológicos y médicos.
Vunjak-Novakovic añadió: «Después de diez años de investigación sobre órganos en chips, todavía nos parece sorprendente que podamos modelar la fisiología de un paciente conectando tejidos de tamaño milimétrico: el músculo cardíaco que late, el hígado que se metaboliza y la piel que funciona» y hueso que se cultivan a partir de las células del paciente”.
Estamos entusiasmados con el potencial de este enfoque. Está diseñado exclusivamente para estudios de condiciones sistémicas asociadas con lesiones o enfermedades y nos permitirá mantener las propiedades biológicas de los tejidos humanos diseñados junto con su comunicación.
