Los investigadores de toda Europa están trabajando en alternativas a las pruebas en animales que se pueden utilizar para evaluar los efectos secundarios adversos de los medicamentos. Pero muchos de estos métodos de prueba aún presentan problemas. Un microreactor desarrollado como parte de un proyecto de investigación colaborativa financiado por la UEpermite el uso de células hepáticas cultivadas como muestras de prueba. A diferencia de las pruebas en animales, este novedoso método permite la evaluación de sustancias potencialmente tóxicas en los tejidos en tiempo real.
Se están realizando serios esfuerzos para reducir significativamente el número de pruebas en animales llevadas a cabo con fines de investigación. El último Reglamento de Cosméticos de la UE, que entró en vigor en 2013, prohíbe la venta de productos cosméticos que contienen ingredientes que han sido probados en animales. Peroes difícil encontrar alternativas, no solo para la industria cosmética, sino también en el campo de la investigación farmacéutica. En muchos casos, no hay otros métodos adecuados de pruebas de toxicidad disponibles. Por lo tanto, numerosos grupos de investigación están trabajando en el desarrollo de nuevas pruebas viablesformatos.
Uno de los enfoques más prometedores implica el uso de células hepáticas cultivadas. El hígado es el órgano más importante cuando se trata de eliminar toxinas del cuerpo. Por lo tanto, tiene sentido usar células hepáticas para evaluar la toxicidad de las sustancias. Pero estono es tan fácil como parece. Debe garantizarse que todas las células estén igualmente expuestas a la sustancia que se está probando. Y otro problema en el caso de las células hepáticas es que rara vez sobreviven más de unos pocos días en un laboratoriomedio ambiente. Esto hace que sea prácticamente imposible llevar a cabo experimentos para determinar el efecto a largo plazo de las sustancias tóxicas en un organismo vivo.
Observando cómo reaccionan las células hepáticas en tiempo real
Como parte del proyecto HeMiBio Biorreactor de microfluidos hepáticos, investigadores del Instituto Fraunhofer de Terapia Celular e Inmunología IZI en Potsdam, en colaboración con socios de la Universidad Hebrea de Jerusalén, han desarrollado un microbioreactor en el que las células hepáticas pueden mantenerse vivas yobservado por un período de un mes. La ventaja particular de este dispositivo es que permite a los investigadores observar cómo las células hepáticas reaccionan a las sustancias tóxicas directamente y en tiempo real ". Hasta ahora, tanto en pruebas con animales como en pruebas de laboratorio convencionales, medicionespor lo general, solo se realizan al final de la prueba ", dice el Dr. Claus Duschl, jefe del departamento de biotecnología celular en el IZI." El procedimiento consiste en administrar diferentes dosis de un ingrediente activo y posteriormente analizar las áreas de tejido muerto oel animal muerto. No es posible determinar el efecto preciso del ingrediente activo en las células usando este método ".
Los sensores miden el consumo de oxígeno
El microbiorreactor cambia todo esto. Sus sensores en miniatura recopilan datos en tiempo real sobre la cantidad de oxígeno que las células hepáticas absorben en cualquier instante. El consumo de oxígeno es alto cuando se estimula el metabolismo de la célula. Si la célula muere, el oxígenoel consumo cae. Al leer esta curva, los biólogos celulares son incluso capaces de identificar los procesos metabólicos que tienen lugar en una célula en un momento específico. Los socios del proyecto HeMiBio hacen uso de esta información. Cuando se coloca una sustancia tóxica en el microrreactor,los sensores registran una imagen detallada de los niveles cambiantes del consumo de oxígeno. Estas mediciones permiten identificar con precisión las etapas del proceso metabólico que se ven afectadas o detenidas por el ingrediente activo ". Mientras trabajaba en este proyecto con biólogos celulares en hebreoUniversidad de Jerusalén, hemos podido verificar varias hipótesis al reemplazar selectivamente productos metabólicos específicos cuya síntesis había sido bloqueada por elsustancia química ", explica Duschl."Como habíamos supuesto, el proceso metabólico continuó sin verse afectado hasta la siguiente etapa".
Una de las tareas del equipo de Duschl era diseñar un recipiente reactor adecuado que contuviera numerosos canales microfluídicos, en colaboración con sus socios en Israel. Uno de los principales desafíos era garantizar que todas las células recibieran el medio de crecimiento por igual.están distribuidos uniformemente y no forman grupos. Pero esta distribución fina fue una fuente de otros problemas, ya que cuanto mayor es la distancia entre las células, más débiles son las señales capturadas por los sensores ". Lo que necesitábamos era una tecnología de sensores capaz de manejaruna alta concentración de células, sin el riesgo de efectos de interferencia que falsificarían los resultados de la prueba "
El equipo del proyecto IZI tuvo la idea de utilizar pequeñas partículas de polímero que contienen un tinte luminiscente. Este tinte emite un brillo fosforescente cuando se expone a una fuente de luz LED monocromática, que excita los electrones individuales y los eleva a un nivel de energía más alto.los electrones vuelven a su nivel de energía original en una fracción de segundo, y la energía restante se emite en forma de luz fosforescente. El tiempo requerido por los electrones para reducir su nivel de energía está directamente relacionado con la concentración de oxígeno en el aire circundante"En otras palabras, el tiempo que esto lleva indica la presencia de actividad metabólica, y puede usarse para medir el efecto de la sustancia tóxica". Este es un factor importante porque permite a los científicos comprender mejor la forma en que las categorías específicasde sustancias afectan el organismo humano y entienden por qué algunas de ellas son tóxicas mientras que otras tienen un efecto terapéutico.
Simulando procesos metabólicos
Los participantes en el proyecto han demostrado que el microrreactor funciona según lo previsto. Pero todavía tienen mucho trabajo por hacer. Debido a que hay muchos tipos diferentes de células activas en el hígado, los investigadores ahora quieren llenar el reactor con varias combinaciones de"De esta manera, podremos mejorar nuestra capacidad de simular procesos metabólicos", dice Duschl. Eventualmente, los investigadores esperan poder combinar muestras de tejido de diferentes órganos en un solo reactor. "Pero todavía tenemos un largocamino a seguir ", dice Duschl.
Los investigadores del Instituto Fraunhofer para Confiabilidad y Microintegración IZM en Berlín también participan en el proyecto HeMeBio. En colaboración con colegas en Bélgica, han desarrollado un reactor más avanzado basado en estructuras microfluídicas altamente complejas. Las primeras pruebas están en marcha, ylos resultados son extremadamente prometedores
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Fraunhofer-Gesellschaft . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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