Desarrollan un corazón en un chip capaz de reproducir cómo responde este órgano ante los medicamentos

Casi el 90% de los candidatos a fármacos no supera el desarrollo clínico porque se comprueba que provoca en el corazón daños estructurales o funcionales; un efecto adverso denominado cardiotoxicidad.

En la mayoría de los modelos experimentales se utilizan cardiomiocitos (células cardíacas especializadas en la contracción) y se exponen los compuestos directamente sobre el tejido. Un proceso que simplifica la compleja organización del corazón porque olvida otros tipos celulares importantes para la arquitectura tisular y, además, no consigue reproducir cómo llegan realmente los medicamentos al órgano en el cuerpo humano.

Ante esta limitación, profesionales del Programa de Medicina Regenerativa del Instituto de Investigación Biomédica de Bellvitge (IDIBELL) y del Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM-CSIC) han creado un pequeño dispositivo que podría mejorar la forma en que se evalúa la seguridad de los medicamentos antes de llegar al paciente.

Se trata de un “corazón en un chip” que es capaz de reproducir aspectos claves del funcionamiento de este órgano. “Lo consigue porque integra tres tipos de células cardíacas (cardiomiocitos, fibroblastos cardíacos y células endoteliales) derivadas de una misma línea de células madre. Esto reduce enormemente la variabilidad genética y facilita que las interacciones entre las células se parezcan más a las que ocurren verdaderamente en el organismo”, ha explicado el doctor Ángel Raya, coordinador del programa de IDIBELL y codirector del estudio. “Además, - ha añadido- , al incorporar la capa endotelial, los fármacos no se administran directamente sobre el tejido cardíaco, sino que atraviesan primero la capa vascular, imitando la llegada de los medicamentos al corazón a través de la circulación coronaria”.

En cuanto a la tecnología, la doctora Rosa Villa, investigadora del IMB-CNM y codirectora del estudio, ha aclarado que el chip “consiste en un sistema de canales microfluídicos que permite el cocultivo organizado de distintos tipos celulares, así como el control del flujo de nutrientes y compuestos”.

Desde el IDIBELL han explicado que los investigadores han recurrido a los organ-on-a-chip (órganos en un chip) por el gran interés que ha despertado en los últimos años como alternativa a los modelos animales utilizados en investigación biomédica. “Tienen este potencial, pero también para mejorar la fiabilidad de los modelos, ya que permiten trabajar con células humanas. Las de los animales no siempre responden de la misma manera ante determinados compuestos”, ha señalado el doctor José Yeste, investigador del IMB-CNM y uno de los autores del estudio, que se ha publicado en la revista Advanced Healthcare Materials.  

Pruebas en distintos fármacos

Para validar el modelo, el equipo de investigadores ha estudiado su respuesta a distintos fármacos, como la doxorrubicina, un quimioterapéutico muy utilizado y conocido por sus efectos cardiotóxicos. “Los resultados han mostrado una diferencia significativa entre los modelos convencionales y el nuevo sistema tricapa con células endoteliales. Así, en modelos sin capa endotelial, los cardiomiocitos sufren un deterioro estructural y funcional importante; mientras que en modelos con células endoteliales el tejido cardíaco mantiene gran parte de su capacidad contráctil y su organización celular. Por tanto, ejercen un papel protector frente a determinados efectos tóxicos”, han explicado desde el IDIBELL.

Estos hallazgos sugieren que los modelos experimentales simplificados, al no contar con endotelio, podrían estar sobreestimando la toxicidad cardíaca de algunos compuestos. Una limitación que, como explican los investigadores, “podría contribuir al descarte prematuro de candidatos terapéuticos potencialmente útiles durante las fases preclínicas del desarrollo farmacológico”.

Colaboración entre tecnología y biología

El desarrollo del “corazón en un chip” ha sido posible gracias a una colaboración entre la tecnología del Grupo de Aplicaciones Biomédicas del IMB-CNM y la biología del IDIBELL. “El primero ha sido responsable del diseño y de la fabricación del dispositivo microfluídico, y el segundo ha llevado a cabo la generación, integración y cultivo de las células cardíacas humanas. Ambos grupos forman parte del consorcio CIBER-BBN (Centro de Investigación Biomédica en Red de Biomateriales, Nanomedicina y Bioingeniería), una red que fomenta proyectos interdisciplinarios”, han explicado desde el Instituto de Investigación Biomédica de Bellvitge.

Un trabajo en equipo que, como subrayan, tiene como objetivo final desarrollar sistemas experimentales cada vez más próximos a la fisiología humana que permitan comprender mejor las enfermedades, acelerar el desarrollo de nuevas terapias y reducir la necesidad de utilizar modelos animales en investigación. 

 

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