Simulan funciones del hígado en un chip para evaluar fármacos

Con la tecnología que se elaboran celulares y otros equipos electrónicos en miniatura, un grupo de investigación del Laboratorio de Mecanobiología de la Facultad de Ciencias (FC) de la UNAM creó “un hígado en un chip” con el fin de evaluar fármacos, dijo el profesor del Departamento de Física, Genaro Vázquez Victorio.

A decir del universitario, jefe del Laboratorio de Mecanobiología, se trata de un proyecto de investigación de frontera. Recordó que dicho órgano realiza diversos procesos en el cuerpo humano: controla los niveles de azúcar, numerosas hormonas lipídicas, los desechos provenientes de sangre y la formación de bilis, entre otras funciones.

Le llaman laboratorio químico del cuerpo humano; es decir, es un buen modelo para usar en la industria, la academia y la investigación, resaltó.

El equipo de personas científicas universitarias recientemente publicó los resultados de su trabajo en un artículo en la revista Advanced Healthcare Materials titulado “Enhanced PDMS Functionalization for Organ-on-a-Chip Platforms Using Ozone and Sulfo-SANPAH: A Simple Approach for Biomimetic Long-Term Cell Cultures”.

La idea de un órgano en chip es, básicamente, con lo que se sabe de mecanobiología, diseñar un sistema en miniatura con las técnicas con que se elaboran los celulares o computadoras para decidir qué pudiera servirle a la célula y se sienta como en casa. Entonces, con esa tecnología fabricamos este tipo de cultivos, recalcó Vázquez Victorio.

Por ello, tiene que haber un diseño previo, una simulación en computadora para después crear el molde con el que se hacen los dispositivos. Todo es previamente discutido y evaluado para saber qué es lo que se está mimetizando, o se crean condiciones de cultivo similares a las células que están en el órgano.

Se trata del primer “hígado en un chip” en Latinoamérica, con una funcionalidad parecida a los que se emplean en Estados Unidos. “Lo importante es que hicimos un protocolo accesible para cualquier laboratorio que quiera tener el mismo nivel de funcionalidad”, manifestó.

El objetivo es conseguir un nivel similar de funcionalidad al usado por las farmacéuticas internacionales. Esto con la convicción de evitar el rezago tecnológico en México, e incursionar en esas líneas de desarrollo en la industria.

Obstáculos superados

A nivel experimental y farmacológico es un órgano importante porque es el que procesa los fármacos; entonces la industria farmacéutica necesita “un hígado en chip” como primera evaluación, que el medicamento responda al procesamiento bioquímico del órgano y posteriormente pase al corazón, pulmón o riñón. Podemos decir que es la primera evaluación de la función de un nuevo medicamento, enfatizó.

La tecnología microfluídica es una herramienta en la biología de cultivos celulares debido a su capacidad para crear microambientes celulares complejos. “Un órgano en un chip” es un dispositivo microfluídico que puede replicar aspectos importantes de la fisiología humana: microvasculatura, barreras del tejido conectivo y organización de las células.

Para su manufactura, el polidimetilsiloxano (PDMS) es el material más usado ya que presenta ventajas en comparación con otros, incluyendo su capacidad para replicar estructuras pequeñas, la posibilidad de aplicar estímulos mecánicos a través del estiramiento y el mantenimiento del flujo laminar durante el cultivo.

Dicha tecnología ha presentado retos para el desarrollo de un protocolo de cultivo eficaz. En este ámbito el equipo multidisciplinario de la FC trabajó durante tres años obteniendo resultados positivos.

Es un proyecto de investigación de frontera encabezado y realizado por Mitzi Pérez Calixto, primera autora del artículo, con la colaboración de Cindy Peto Gutiérrez, Alyssa Shapiro, Lázaro Huerta, Mathieu Hautefeuille, Marina Macías Silva y Daniel Pérez Calixto.

Sin embargo, el gran desafío era elaborar un cultivo con las características específicas de lo que se efectúa en Estados Unidos y en Europa, con el estándar que se acepta para ese tipo, abundó.

Uno de los grandes retos era hacerlo, sembrar las células, ver que se comportaran como sucede en los tejidos u órganos y que todo fuera adecuado para su proceso, destacó.

Para 2030 la agencia de Estados Unidos encargada de la administración de alimentos y medicamentos planea dejar afuera pruebas farmacológicas en animales y lo que se pedirá serán las llamadas metodologías de nuevo enfoque como la desarrollada en la Universidad

De acuerdo con el universitario, varios de los fracasos es que las células no se podían mantener en el chip, se despegaban o morían. Por lo que investigando qué es lo que hacían los laboratorios con éxito, vieron que uno de los pasos importantes era su adhesión en el dispositivo; entonces fue el desafío en el que trabajaron.

“Eso fue lo que vimos con Mitzi Pérez, quien es química de formación. Evaluamos qué reacciones químicas tendríamos que realizar dentro del chip para asegurar que las células se quedaran por largo tiempo” porque los cultivos que efectúan de manera recurrente las empresas o universidades pueden mantenerlos por días, semanas o hasta meses.

“Cuando los empezamos a intentar hacer aquí, en un día se morían o se despegaban. Luego comenzaron a llevar a cabo los protocolos y la investigación y, de acuerdo con lo publicado en el artículo, los resultados muestran que pueden permanecer cultivadas varias semanas”.

Y añadió: “El objetivo del artículo era que aquí, en un laboratorio de la Facultad, en Ciudad de México, se pudiera fabricar un chip y tener un cultivo funcional en uno de ellos, y fue lo que se demostró”.

Lo adicional y la razón por la cual fue aceptado, dijo Vázquez Victorio, es que establecieron un protocolo nuevo y fácil de usar, aunque bien sustentado. Se trata de una metodología accesible para laboratorios como en el que trabajan, que no es específicamente de física o biofísica, sino que cualquiera de biomedicina, siguiendo este protocolo, puede cultivar sus células en un chip.

“Nos enorgullece esta fabricación hecha en la Facultad de Ciencias”, y también haber recibido el apoyo de la Secretaría de Ciencia, Humanidades, Tecnología e Innovación (SECIHTI), pues fue un proyecto de ciencia de frontera aceptado hace tres años, afirmó el académico.

Esa institución otorgó la beca posdoctoral de Mitzi Pérez, quien desarrolló el chip, y también tuvieron una beca Fulbright proporcionada a Alyssa Shapiro, quien es coautora.

Futuro promisorio

Vázquez Victorio expresó que a partir de este proyecto colaboran con otros laboratorios como el Instituto Nacional de Enfermedades Respiratorias para hacer “un pulmón en un chip”, y con personas investigadoras del Instituto Nacional de Ciencias Médicas y Nutrición Salvador Zubirán para “un riñón en un chip”.

A decir del científico, los retos que tienen es seguir implementando y sofisticando la tecnología. Los chips que fabrican diversas empresas son más elaborados, y el objetivo que las y los universitarios tienen es contar con diferentes modelos, similares a los que esas compañías ofrecen. El principal modelo, acotó, es el hígado.

De acuerdo con el investigador, para 2030 la agencia de Estados Unidos encargada de la administración de alimentos y medicamentos planea dejar afuera pruebas farmacológicas en animales y lo que se pedirá es este tipo de cultivos y pruebas en chip, llamadas metodologías de nuevo enfoque.

“Estamos proponiendo proyectos, uno de ellos es hacer el modelo de hígado graso para aplicar pruebas farmacológicas, ya que es una enfermedad que en los próximos años afectará al 50 % de la población mundial; ahora está entre el 25 y el 30 %, dependiendo del país. México tiene aproximadamente el 30 %. Queremos implementar el modelo y ha sido nuevamente apoyado por la SECIHTI”, concluyó.

El artículo se puede consultar en https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adhm.202404686?af=R