El corazón al alcance de la mano

Un pequeño dispositivo de silicona contiene una red de células musculares cardíacas pulsantes que imitan al corazón humano. Lo ha logrado un equipo de la Universidad de California-Berkeley (EE.UU.) y lo presentan como una herramienta valiosa para el desarrollo de fármacos dirigidos a la salud cardiovascular.

Este miniórgano en un chip representa un importante paso en el desarrollo de métodos precisos y rápidos para los ensayos sobre la toxicidad de los fármacos y forma parte de un proyecto dirigido a desarrollar chips en 3-D de tejidos humanos que modelan la estructura y función de los órganos humanos. «En el futuro estos chips podrían reemplazar el uso de animales para detectar la seguridad y eficacia de los medicamentos», explicó Kevin Healy, director del proyecto.

Predecir las reacciones humanas a los medicamentos en animales es un proceso complejo, y la tasa de fracaso es importante especialmente debido a las diferencias fundamentales en biología entre especies, explicaron los investigadores. Por ejemplo, los canales de iones a través del cual las células del corazón conducen corrientes eléctricas pueden variar tanto en número y en tipo entre los seres humanos y los animales.

Más de 4 millones de euros

Y muchos de los medicamentos cardiovasculares se dirigen esos, señala Healy, «por lo que estas diferencias a menudo generan experimentos ineficientes y costosos que no ofrecen respuestas precisas acerca de la toxicidad de un fármaco en humanos». Por eso, afirma, «hacen falta cerca una media de 5 millones de dólares (4,604 millones de euros) para desarrollar un medicamento, y el 60% de esa cifra proviene de los costos iniciales de la fase de investigación y desarrollo. El uso de un modelo bien diseñado de un órgano humano podría reducir significativamente el coste y el tiempo en el diseño de un nuevo medicamento».

Para desarrollar su chip, los investigadores obtuvieron las células del corazón a partir de células madre pluripotentes inducidas (iPS) humanas, es decir, las células madre adultas que pueden ser inducidas a convertirse en muchos tipos diferentes de tejido.

Su sistema microfisiológico cardiaco o 'corazón en un chip' tiene un estructura en 3-D, comparable a la geometría y el espaciamiento de fibra de tejido conectivo en un corazón humano. Los investigadores colocaron las células cardíacas humanas diferenciadas en la zona de carga, un proceso que Healy comparó con el del embarque de los pasajeros de un tren en hora punta. De esta forma, las células se alinearon en múltiples capas y en una sola dirección.

Nutrientes y deshechos

Como modelos de los vasos sanguíneos, los investigadores crean canales de microfluidos a cada lado de la zona de células que imitaban el intercambio de nutrientes y fármacos con el tejido humano. En el futuro, esta configuración podría permitir a los investigadores supervisar la eliminación de productos de desecho del metabolismo de las células.

«No se trata de un simple cultivo celular donde el tejido está bañado en líquido», indica Anurag Mathur, del Instituto de Medicina Regenerativa de California. «Hemos diseñado un sistema dinámico que muestra cómo se replica el tejido en nuestros cuerpos y se expone a los nutrientes y medicamentos de forma real». Una vez diseñado, el chip empezó a latir a un ritmo fisiológico normal de 55 a 80 latidos por minuto.

Para ponerlo a prueba, los investigadores usaron 4 fármacos cardiovasculares conocidos: isoproterenol, E-4031, verapamilo y metoprolol. Y vieron que las respuestas después de la exposición a los medicamentos eran predecibles.

Los expertos creen que el ‘corazón en un chip’ podría ser adaptado para estudiar las enfermedades genéticas humanas o para la detección de la reacción de un individuo a los fármacos. También están estudiando si podría ser utilizado para modelar las interacciones de múltiples órganos. Por ejemplo, «la vinculación de corazón y el hígado nos permitiría determinar si un medicamento que funcione bien inicialmente en el corazón podría ser metabolizado posteriormente por el hígado de una manera tóxica», dice Healy.