Investigadores financiados por el Instituto Nacional de Imagen Biomédica y Bioingeniería han creado un dispositivo microfluídico que podría conducir a métodos más rápidos, más sofisticados y de menor costo para detectar drogas para detectar toxicidad hepática, antes de que las drogas pasen a ensayos en humanos.produce millones de gotas que contienen microtissues que se componen de dos tipos diferentes de células hepáticas organizadas para imitar el tejido hepático real. Los investigadores detallaron su nueva tecnología en la edición de marzo de 2016 de la revista Laboratorio en un chip .
Actualmente, los científicos evalúan la toxicidad hepática de los fármacos, ya sea probándolos en animales o aplicándolos directamente a las células hepáticas cultivadas y adhiriéndose al fondo de un plato de plástico. Si bien este último enfoque permite la detección de alto rendimiento, no tiene en cuentaLa compleja organización tridimensional del tejido hepático, que involucra múltiples tipos de células y una matriz extracelular: la colección de moléculas que rodean las células para proporcionar soporte estructural y bioquímico. Las interacciones entre los diferentes tipos de células y con la matriz extracelular contribuyen a un funcionamiento normal.órgano. Por lo tanto, probar medicamentos en células hepáticas en un plato generalmente no es un predictor preciso de cómo un medicamento afectará al hígado en la vida real.
Investigaciones recientes de otros equipos han llevado al desarrollo de modelos de hígado "órgano en un chip" que se asemejan más al órgano intacto. Los chips son plataformas aproximadamente del tamaño de una unidad de disco diseñados para soportar múltiples tiposde células hepáticas en un entorno 3D. Los pequeños canales en la plataforma transportan nutrientes a las células para mantenerlas vivas y saludables. Sin embargo, estos chips pueden ser difíciles de producir, pueden carecer de uniformidad y no se modifican fácilmente. Esto limitala cantidad de medicamentos y condiciones que se pueden examinar usando los chips.
En un esfuerzo por superar estas limitaciones, los investigadores dirigidos por David Weitz, Ph.D., Profesor de Física y Física Aplicada en la Universidad de Harvard, han creado un chip microfluídico que puede generar de manera rápida y precisa microtissues de hígado humano en funcionamiento dentro de las gotitas.El sistema puede generar hasta mil gotas por segundo, que luego se pueden usar para detectar una gran cantidad de medicamentos en diferentes combinaciones y en diferentes dosis.
el chip microfluídico de Weitz es una plataforma que contiene un sistema de canales concéntricos interconectados extremadamente estrechos cada canal tiene aproximadamente el diámetro de un mechón de cabello. En el primer paso de la plataforma, una solución salina de hepatocitos,Las células primarias que contribuyen a la función del hígado fluyen por un canal hasta que se cruza con una solución gelatinosa de fibroblastos, las células que se encuentran en la matriz extracelular del hígado que secretan colágeno y proporcionan soporte estructural a los hepatocitos. Debido a las propiedades químicas deLas dos soluciones diferentes y la física de los fluidos que viajan en espacios estrechos, los fibroblastos se abrazan a los lados del canal, mientras que los hepatocitos fluyen por el medio.
A continuación, esta mezcla de células se cruza con una solución de aceite, que actúa como un freno y hace que una gota se pellizque. Finalmente, estas gotas recién hechas se encuentran con una solución ligeramente ácida, lo que hace que su capa de gel exterior se endurezca,bloqueando las células en sus respectivas posiciones. El resultado final es una gota con un núcleo acuoso lleno de hepatocitos y una cubierta gelatinosa compuesta de fibroblastos.
Si bien se han creado previamente gotas que contienen hepatocitos, esta es la primera vez que un dispositivo microfluídico ha sido capaz de producir gotas que contienen dos tipos de células confinadas en diferentes regiones, con alta viabilidad, de manera altamente reproducible y a una velocidad tan rápidavelocidad.
Una vez hechas, las gotas se pueden usar en una variedad de entornos en los que están expuestas a un medicamento o una combinación de medicamentos para evaluar la toxicidad hepática. Weitz dice que este tipo de sistema aumenta el número de experimentos que pueden llevarse a cabo por variosórdenes de magnitud:
"Cada gota es como un mini experimento. Normalmente, si estamos realizando experimentos, digamos en tubos de ensayo, necesitamos un mililitro de fluido por tubo de ensayo. Si hiciéramos un millón de experimentos, necesitaríamos mil litros delíquido. ¡Eso es el equivalente a mil jarras de leche! Aquí, cada gota es solo un nanolitro, por lo que podemos hacer todo el experimento con un mililitro de líquido, lo que significa que podemos hacer un millón de experimentos más con la misma cantidad de líquido ".
Y debido a que se pueden realizar tantos experimentos en tan poco tiempo y por tan poco costo, se pueden analizar más medicamentos en diferentes dosis y en combinación con otros medicamentos. Esto es importante porque muchos medicamentos son tóxicos para el hígadoen una dosis alta o cuando se toma con otro medicamento.
"Este nuevo proceso brinda a los investigadores la flexibilidad de ensamblar algunos de los componentes celulares del hígado en diferentes combinaciones y proporciones para ver cómo se influyen entre sí y cómo podrían trabajar juntos para hacer un tejido funcional. Además, el ensamblaje esmás rápido, más confiable y menos costoso que los métodos actuales para hacer modelos de tejido hepático ", dijo Rosemarie Hunziker, Ph.D., directora del programa de Ingeniería de Tejidos en NIBIB.
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Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Imagen Biomédica y Bioingeniería . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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