ORGANO EN CHIP: MODELOS DE TEJIDO DE ALTO RENDIMIENTO
Los estándares para el desarrollo de medicamentos se han mantenido esencialmente sin cambios desde la aprobación de la Ley Federal de Alimentos, Medicamentos y Cosméticos (FFDCA) en 1938. El desarrollo de un fármaco es notoriamente lento y costoso, puede tomar hasta 10 años y costar más de miles de millones para llevar un nuevo compuesto de la experimentación en el laboratorio al mercado. Una de las principales causas de esta ineficiencia es la tradición de probar medicamentos en animales antes de probarlos en humanos. Los modelos animales a menudo no reflejan con precisión la fisiología humana, lo que significa que los medicamentos que parecen ser seguros y efectivos en animales con frecuencia resultan ser dañinos o ineficaces en humanos. Se necesita una mejor manera de modelar la biología humana y las enfermedades in vitro para acelerar el desarrollo de nuevos medicamentos y medicina más personalizada.
Ya se han desarrollado una gama de modelos validados que permiten a los investigadores emular más de cerca la biología humana mediante la combinación de fuentes de células humanas, un microambiente específico de órganos y fuerzas mecánicas relevantes para los tejidos. Cada modelo ofrece el potencial para una rica recopilación de datos a lo largo de su estudio, incluidas imágenes, análisis de efluentes, análisis de bio-marcadores y más.
El órgano en un chip (OOAC) se encuentra en la lista de las 10 principales tecnologías emergentes y se refiere a un sistema bio-mimético de órganos fisiológicos construido en un chip micro-fluídico. A través de una combinación de biología celular, ingeniería y tecnología de biomateriales, el microambiente del chip simula el del órgano en términos de interfaces tisulares y estimulación mecánica. Esto refleja las características estructurales y funcionales del tejido humano y puede predecir la respuesta a una variedad de estímulos, incluidas las respuestas a los medicamentos y los efectos ambientales. OOAC tiene amplias aplicaciones en medicina de precisión y estrategias de defensa biológica.
En concreto, las innovaciones con estos micro-dispositivos permitirán a los investigadores descubrir más sobre cualquier enfermedad fuera del cuerpo humano. Estos órganos en chip sirven de modelo en el tiempo real del estado en el que se encuentra el paciente, lo que permitirá encontrar el tratamiento correcto antes de administrarlo.
Los órganos en chips podrían sentar las bases para el futuro de la medicina personalizada, con la integración de células derivadas de pacientes en los dispositivos. Laboratorios ha estado avanzando hacia ese objetivo mediante la integración de células derivadas de humanos con sistemas de órganos en chips integrados en sensores con la esperanza de lograr una medicina de precisión personalizada en el futuro.
Esto sería la clave para reducir el uso de animales en investigaciones fármaco-dinámicas y fármaco-cinéticas, así como en estudios de toxicología. Pronto habrá un papel fundamental para los modelos de órgano en chip para mejorar la predicción de las responsabilidades de toxicidad de órganos, para respaldar la comprensión mecánica a través de la investigación de bio-marcadores en un sistema de prueba fisiológicamente más relevante y para proporcionar una base para toxicología comparativa entre las especies de prueba no clínicas y los pacientes.
Los investigadores están trabajando para construir un sistema de cultivo de células micro-fluídicas 3D multicanal que divide los micro-entornos en los que se cultivan agregados celulares 3D para imitar múltiples órganos del cuerpo. La mayoría de los modelos de órganos en un chip hoy en día solo cultivan un tipo de célula, por lo que, aunque pueden ser modelos válidos para estudiar funciones de órganos completos, el efecto sistémico de un fármaco en el cuerpo humano no está verificado, pero vamos hacia allá en un futuro cercano.
Los órganos que han sido simulados por dispositivos de micro-fluidos incluyen cerebro, pulmón, corazón, riñón, hígado, próstata, vaso (arteria), piel, hueso, cartílago y más.
En particular, se desarrolló un análogo de cultivo celular integrado que incluía células de pulmón e hígado que metaboliza fármacos y células grasas. Las células se vincularon en una red fluídica 2D con un medio de cultivo que circulaba como un sustituto de la sangre, lo que proporcionaba de manera eficiente un sistema de transporte de suministro nutricional y, al mismo tiempo, eliminaba los desechos de las células. Esto sentó las bases para un modelo fármaco-cinético in vitro realista y proporcionó un sistema bio-mimético integrado para cultivar múltiples tipos de células con alta fidelidad en situaciones in vivo.
Ya se ha desarrollado un micro-fluido humano en un chip, cultivando cuatro tipos de células diferentes para imitar cuatro órganos humanos: hígado, pulmón, riñón y grasa. Se centraron en desarrollar un medio de cultivo estándar sin suero que sería valioso para todos los tipos de células incluidos en el dispositivo. Los medios estándar optimizados generalmente están dirigidos a un tipo de célula específico, mientras que un humano en un chip evidentemente requerirá un medio común(CM). De hecho, afirman haber identificado un CM de cultivo celular que, cuando se usa para todos los cultivos celulares en el dispositivo de micro-fluidos, mantiene los niveles funcionales de las células. El aumento de la sensibilidad de las células cultivadas in vitro asegura la validez del dispositivo o que cualquier fármaco inyectado en los micro-canales estimulará una reacción fisiológica y metabólica idéntica de las células de muestra como órganos completos en humanos.
Con un desarrollo más extenso de estos de chips, las compañías farmacéuticas podrán potencialmente medir los efectos directos de la reacción de un órgano en otro. Por ejemplo, se examinaría la entrega de sustancias bioquímicas para confirmar que, aunque pueda beneficiar a un tipo de célula, no comprometa las funciones de otras. Probablemente ya sea posible imprimir estos órganos con impresoras 3D, pero el costo es demasiado alto. El diseño de dispositivos bio-miméticos de cuerpo completo aborda una importante reserva que tienen las compañías farmacéuticas con respecto a los órganos en chips, ya que a medida que estos dispositivos se vuelven cada vez más accesibles, la complejidad del diseño aumenta exponencialmente.
Ley de Modernización de la FDA de 2021 (H.R 2565 y S. 2952).
El retiro de un medicamento es el medio más efectivo para proteger al público de un producto defectuoso o potencialmente dañino, cuando se descubre que el medicamento viola las leyes y regulaciones administradas por la FDA. Los medicamentos pueden ser retirados del mercado por una variedad de razones que incluyen: seguridad, eficacia, etiquetado incorrecto, contaminación y desviaciones en la concentración o potencia. Los retiros del mercado pueden llevarse a cabo como una acción voluntaria del fabricante o proveedor, por solicitud de la FDA o por una orden legal de la FDA.
Desafortunadamente, la lista de productos retirados del mercado ha seguido ampliándose. Los retiros del mercado en curso han ganado una cantidad notable de atención y han aumentado las preocupaciones entre los proveedores de atención médica y los pacientes que tratan. El informe establece que desde enero de 2013 hasta octubre de 2018, las compañías farmacéuticas retiraron del mercado casi 8,000 medicamentos en los Estados Unidos y en el extranjero debido a reacciones que no habían sido evaluadas en los estudios previos al lanzamiento de los productos al mercado.
El 15 de abril de 2021 fue presentada la Ley de Modernización de la FDA en la Cámara para enmendar la Ley Federal de Alimentos, Medicamentos y Cosméticos y así permitir que los fabricantes y patrocinadores de medicamentos y cosméticos usen métodos de prueba alternativos a las pruebas con animales para la investigación de la seguridad y eficacia de un medicamento; así como para otros propósitos. Sabemos que los métodos que se vienen utilizando de pruebas en animales es un método obsoleto y poco realista que debe acabar. Debemos utilizar pruebas más eficaces que realmente demuestren los efectos de los fármacos en humanos; sin cobrar vidas humanas, ni de animales.
Autor: Maria B. Sanchez
REFERENCIAS:
https://wyss.harvard.edu/technology/human-organs-on-chips/
https://biomedical-engineering-online.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12938-020-0752-0
https://www.infosalus.com/mujer/noticia-nuevo-organo-chip-podria-cambiar-abordaje-tratamiento-cancer-ovario-20210817105935.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Organ-on-a-chip#:~:text=Organs-on-chips%20will%20vary%20in%20design%20and%20approach%20between,prostate%2C%20vessel%20%28artery%29%2C%20skin%2C%20bone%2C%20cartilage%20and%20more.