Los ingenieros del MIT han desarrollado una nueva tecnología que podría usarse para evaluar nuevos medicamentos y detectar posibles efectos secundarios antes de que los medicamentos se prueben en humanos. Utilizando una plataforma microfluídica que conecta tejidos diseñados de hasta 10 órganos, los investigadores pueden replicar con precisión el órgano humanointeracciones durante semanas a la vez, lo que les permite medir los efectos de las drogas en diferentes partes del cuerpo.
Tal sistema podría revelar, por ejemplo, si un medicamento destinado a tratar un órgano tendrá efectos adversos sobre otro.
"Algunos de estos efectos son realmente difíciles de predecir a partir de modelos animales porque las situaciones que los conducen son idiosincrásicos", dice Linda Griffith, profesora de la Escuela de Ingeniería de Innovación Docente, profesora de ingeniería biológica e ingeniería mecánica, y unode los autores principales del estudio: "Con nuestro chip, puede distribuir un medicamento y luego buscar los efectos en otros tejidos y medir la exposición y cómo se metaboliza".
Estos chips también podrían usarse para evaluar medicamentos de anticuerpos y otras inmunoterapias, que son difíciles de probar a fondo en animales porque están diseñados para interactuar con el sistema inmune humano.
David Trumper, profesor de ingeniería mecánica del MIT, y Murat Cirit, científico investigador del Departamento de Ingeniería Biológica, también son autores principales del artículo, que aparece en la revista Informes científicos . Los autores principales del artículo son los ex postdocs del MIT Collin Edington y Wen Li Kelly Chen.
órganos de modelado
Al desarrollar un nuevo fármaco, los investigadores identifican los objetivos del fármaco en función de lo que saben sobre la biología de la enfermedad, y luego crean compuestos que afectan esos objetivos. Las pruebas preclínicas en animales pueden ofrecer información sobre la seguridad y eficacia de un fármaco antes de que comiencen las pruebas en humanos, pero esas pruebas pueden no revelar posibles efectos secundarios, dice Griffith. Además, los medicamentos que funcionan en animales a menudo fallan en ensayos en humanos.
"Los animales no representan a las personas en todas las facetas que necesita para desarrollar medicamentos y comprender la enfermedad", dice Griffith. "Eso se está volviendo cada vez más evidente a medida que analizamos todo tipo de medicamentos".
Las complicaciones también pueden surgir debido a la variabilidad entre pacientes individuales, incluidos sus antecedentes genéticos, influencias ambientales, estilos de vida y otros medicamentos que pueden estar tomando. "Muchas veces no se ven problemas con un medicamento, particularmente algo quepodría prescribirse ampliamente, hasta que salga al mercado ", dice Griffith.
Como parte de un proyecto encabezado por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa DARPA, Griffith y sus colegas decidieron buscar una tecnología que ellos llaman un "fisioma en un chip", que creen que podría ofrecer una forma de modelar un posible fármacoefectos con mayor precisión y rapidez. Para lograr esto, los investigadores necesitaban nuevos equipos, una plataforma que permitiera que los tejidos crecieran e interactuaran entre sí, así como tejidos diseñados que imitarían con precisión las funciones de los órganos humanos.
Antes de que se lanzara este proyecto, nadie había logrado conectar más de unos pocos tipos diferentes de tejido en una plataforma. Además, la mayoría de los investigadores que trabajan en este tipo de chip trabajaban con sistemas microfluídicos cerrados, que permiten que el fluido entre y salgapero no ofrecen una manera fácil de manipular lo que está sucediendo dentro del chip. Estos sistemas también requieren bombas externas.
El equipo del MIT decidió crear un sistema abierto, que esencialmente elimina la tapa y facilita la manipulación del sistema y las muestras para su análisis. Su sistema, adaptado de la tecnología que desarrollaron y comercializaron previamente a través de CN BioInnovations con sede en el Reino Unido, tambiénincorpora varias bombas a bordo que pueden controlar el flujo de líquido entre los "órganos", replicando la circulación de sangre, células inmunes y proteínas a través del cuerpo humano. Las bombas también permiten tejidos de ingeniería más grandes, por ejemplo tumores dentro de un órgano,ser evaluado.
Interacciones complejas
Los investigadores crearon varias versiones de su chip, uniendo hasta 10 tipos de órganos: hígado, pulmón, intestino, endometrio, cerebro, corazón, páncreas, riñón, piel y músculo esquelético. Cada "órgano" consiste en grupos de 1 millóna 2 millones de células. Estos tejidos no replican todo el órgano, pero desempeñan muchas de sus funciones importantes. Significativamente, la mayoría de los tejidos provienen directamente de muestras de pacientes en lugar de líneas celulares que se han desarrollado para uso en laboratorio.Las llamadas "células primarias" son más difíciles de trabajar pero ofrecen un modelo más representativo de la función del órgano, dice Griffith.
Usando este sistema, los investigadores demostraron que podían administrar un medicamento al tejido gastrointestinal, imitando la ingestión oral de un medicamento, y luego observar cómo el medicamento se transportaba a otros tejidos y se metabolizaba. Podían medir a dónde iban los medicamentos, elLos efectos de las drogas en diferentes tejidos y cómo se descompusieron. En una publicación relacionada, los investigadores modelaron cómo las drogas pueden causar un estrés inesperado en el hígado al hacer que el tracto gastrointestinal "gotee", permitiendo que las bacterias ingresen al torrente sanguíneo y produzcaninflamación en el hígado
Griffith cree que las aplicaciones más inmediatas para esta tecnología implican modelar de dos a cuatro órganos. Su laboratorio ahora está desarrollando un sistema modelo para la enfermedad de Parkinson que incluye cerebro, hígado y tejido gastrointestinal, que planea usar para investigar la hipótesis de queLas bacterias que se encuentran en el intestino pueden influir en el desarrollo de la enfermedad de Parkinson.
Otras aplicaciones incluyen modelar tumores que hacen metástasis a otras partes del cuerpo, dice ella.
"Una ventaja de nuestra plataforma es que podemos ampliarla o reducirla y acomodar muchas configuraciones diferentes", dice Griffith. "Creo que el campo pasará por una transición en la que comenzaremos a obtener más información deun sistema de tres o cuatro órganos, y comenzará a ser rentable porque la información que está obteniendo es mucho más valiosa ".
La investigación fue financiada por la Oficina de Investigación del Ejército de EE. UU. Y DARPA.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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