Un corazón humano en un chip podría terminar con las pruebas con animales

Unos investigadores han creado un corazón en un chip usando músculos cardíacos reales para probar los efectos que tienen los medicamentos en el órgano.

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Anurag Mathur/Healy Lab

Un nuevo dispositivo podría ayudar a probar medicamentos de una manera más rápida, segura y económica -- además de que eliminaría la necesidad de hacer esas pruebas en animales. Mide solamente una pulgada de largo, pero dentro de su cuerpo de silicona tiene un pedazo de músculo cardíaco que responde a medicamentos cardiovasculares de la misma manera que lo hace dentro de un cuerpo humano.

"Básicamente, estos chips podrían reemplazar el uso de animales para probar medicamentos por seguridad y eficiencia", explicó Kevin Healy, profesor de ingeniería en la Universidad de California en Berkeley, quien encabezó el equipo de investigación que diseñó el dispositivo.

El problema con usar animales para probar los medicamentos para el corazón no son meramente éticos -- ese tipo de discusiones rara vez forman parte de las discusiones científicas. Más bien existen serios problemas sicológicos -- específicamente, los medicamentos diseñadas para los humanos no tendrán el mismo efecto en una especie tan biológicamente distinta a la humana.

"Estas diferencias suelen resultar en experimentos costosos e ineficientes que no proveen respuestas precisas sobre la toxicidad de una droga en humanos", explicó Healy.

"Cuesta un promedio de US$5,000 millones desarrollar un medicamento y el 60 por ciento de esa cifra se debe a los costos en las fases de investigación y desarrollo. Usar un modelo bien diseñado de un órgano humano podría reducir significativamente el tiempo y el dinero necesario para tener un nuevo medicamento en el mercado".

Los chips fueron creados usando músculos cardíacos cultivados en un laboratorio a partir de células madre pluripotentes inducidas; las células madres pueden persuadirse para crecer en distintos tipos de células. Posteriormente, el equipo diseñó cuidadosamente una estructura similar con una geometría y espaciado similar al de la fibra del tejido conectivo de un corazón humano vivo.

Canales microfluídos son esculpidos en la silicona, en cualquiera de los lados de la matriz de la célula, actuando como vasos sanguíneos que imitan el intercambio de nutrientes y medicamentos con el tejido humano, tal y como ocurre dentro del cuerpo.

Las células comienzan a latir por sí solas en un periodo de 24 horas tras ser colocadas en la cámara, con un ritmo de 55 a 80 palpitaciones por minuto. Para poder poner a prueba el sistema, el equipo administró cuatro medicamentos cardiovasculares conocidos: isoproterenol, E-4031, verapamilo y metoprolol. Monitorizando el ritmo cardíaco, el equipo pudo observar -- y predecir con exactitud -- las respuestas del chip ante el medicamento. Por ejemplo, el isoproterenol incrementó las palpilaciones de 55 a 124 por minuto tras media hora de ser administrado.

El tejido restante permanece functional por varias semanas, permitiendo que cada matriz de célula pueda usarse nuevamente con varios medicamentos.

El uso de las células madres para crear estos chips es particularmente interesante. Los investigadores podrían usar las mismas células de sus pacientes para probar los resultados con varios medicamentos, permitiendo que los tratamientos sean más personalizados. Incluso se podría modificar para crear un modelo de enfermedades genéticas humanas.

El siguiente paso para el equipo sería determinar si el sistema puede enlazarse a otros órganos para crear un modelo de chip con interacciones entre varios órganos; por ejemplo, un corazón en un chip y un hígado en un chip.

"Conectar el tejido cardíaco y el del hígado nos permitiría determinar si el medicamento funciona inicialmente en el corazón, pero que quizás al ser metabolizado por el hígado resulte siendo tóxico", dijo Healy.

El estudio completo está disponible en el diario Scientific Reports.