Por qué los científicos están construyendo órganos humanos en microchips

De todos los eufemismos vaginales desagradables, "caja" podría ser el peor… a menos que te estés refiriendo al Evatar: un cubo del tamaño de la palma de una mano creado por los investigadores de la Universidad Northwestern, el cual tiene un ciclo menstrual.

El sistema reproductivo —el primero de su tipo— hizo su debut el mes pasado. En el Evatar, las células del útero, los ovarios, el cuello del útero, la vagina, las trompas de Falopio y el hígado están conectadas por una serie de pequeños pasadizos que bombean líquido a los diversos órganos. Cada 28 días, el modelo menstrual libera un óvulo.

Los inventores del Evatar —un juego de palabras entre "Eve" y "avatar"— dicen que el cubo lleno de tubos aborda una necesidad bastante apremiante: Las mujeres han sido histórica y sistemáticamente subrepresentadas en las pruebas con medicamentos.

"Hasta el año pasado, los científicos normalmente no usaban ratones hembra en sus investigaciones, porque pensaban que los niveles fluctuantes de hormonas confundirían los resultados", explica la bióloga Kelly McKinnon, quien ayudó a desarrollar el chip que induce la menstruación. "Incluso en el nivel de pruebas clínicas —en donde se requiere que las mujeres sean incluidas— eso no sucedió hasta 2001. Antes de eso, las mujeres tenían prohibido participar en pruebas clínicas, e incluso ahora, los estudios sobre drogas y toxicología no usan mujeres en edad reproductiva… para evitar esas complicaciones".

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Según McKinnon, eso significa que todavía no sabemos cómo es que la mayoría de los medicamentos que llegan al mercado afectarán la fertilidad u otros procesos relacionados con las hormonas en el cuerpo de una mujer. (Sí, en 2017). Evatar podría ayudar a establecer la igualdad de género en las pruebas de medicamentos, ya que les permitiría a los investigadores tener en cuenta las fluctuaciones hormonales. Y eso es sólo uno de los beneficios de este modelo menstrual; también ayudará a los científicos a tratar enfermedades como el cáncer uterino y cervical, por ejemplo, o la endometriosis, dos padecimientos en los que no hay buenos modelos animales porque ellos no sufren de las mismas enfermedades que tenemos como seres humanos.

Evatar también elimina el problema de la placa de Petri, ya que resulta que las placas bidimensionales no son una gran representación fisiológica de un humano tridimensional.

"La mayoría de las investigaciones que se hacen cuando se está desarrollando un nuevo fármaco… realmente no captan lo que está sucediendo en el cuerpo humano, porque esas células son culturas estáticas", afirma Hunter Rogers, uno de los bioingenieros del Evatar. El proceso de prueba de medicamentos ha permanecido sin cambios durante décadas. Comienza con cultivos de un solo tipo de célula en un plato plano de plástico, que de por sí es imperfecto ya que no hay flujo o eliminación de desechos metabólicos, algo que el cuerpo humano hace constantemente. A partir de ahí, se realizan pruebas en animales, y si éstas resultan exitosas, es posible que se realicen pruebas clínicas con candidatos humanos.

Pero incluso si un nuevo medicamento llega tan lejos, es frecuente que esta sea su última etapa de vida.

"Muy a menudo", dice Rogers, "cuando tienes un medicamento exitoso en el tratamiento de un ratón y lo aplicas a un ser humano, no funciona de la misma manera".

Debido a que los órganos sobre chips pueden imitar la fisiología humana real —son más parecidos a las partes del cuerpo que los plásticos y más humanos que las ratas de laboratorio—, estos modelos microfluídicos han despegado en los últimos años. Evatar no es el primero; los científicos del Instituto Wyss de la Universidad de Harvard estrenaron un pulmón sobre un chip en 2012 y desde entonces han desarrollado microversiones del intestino, hígado, corazón y médula ósea. (El Museo del Diseño de Londres dio a los órganos del instituto el Premio al Diseño del Año en 2015, y los pulmones en chips fueron adquiridos posteriormente por el MoMA, donde forman parte de su colección permanente). Además, los bioingenieros de la Universidad de California en Berkeley tienen un corazón en un chip. Scientific American llamó a los órganos sobre chips una de las 10 tecnologías emergentes más importantes de 2016.

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Donald Ingber, director fundador del Instituto Wyss, explica que si bien los flexibles órganos sobre chips del Instituto son diferentes del Evatar —"el cual es asombroso, por cierto", añade—, están tratando de abordar muchas de las mismas preocupaciones. La principal es el hecho de que la mayoría de los modelos de enfermedades animales son realmente terribles, un problema que no se limita a la salud de las mujeres. También existe el hecho de que las empresas gastan miles de millones de dólares y años de investigación en medicamentos que fracasan más de lo que sirven. Después de cada fracaso, Ingber dice que los investigadores analizan los resultados de los pacientes para ver si hay una subpoblación o subgrupo genético que responda un poco mejor que el resto. En ese punto realizarán pruebas de menor alcance.

No es la forma más eficiente de realizar las pruebas, que es donde entra en juego el enfoque de los órganos en chip: permite a los investigadores tomar un grupo genética o clínicamente similar —digamos, mujeres hispanas que tienen asma— y probar y desarrollar medicamentos específicamente para esos grupos desde el principio. "Puedes tomar atajos en todo el proceso: disminuir el costo, acortar el tiempo y aumentar la probabilidad de éxito", aclara Ingber.

Esto significaría que medicamentos de mejor calidad y potencialmente menos costosos llegarían al mercado, y también podría significar la creación de medicamentos que sean más seguros en general. En el Laboratorio Healy de la Universidad de California en Berkeley, Nathaniel Huebsch es uno de los científicos que trabajan con la tecnología del corazón sobre chip. Huebsch y sus compañeros investigadores la están usando para saber si los nuevos medicamentos dirigidos a otras áreas del cuerpo tendrán un impacto negativo no deseado en el corazón.

Un fármaco como Cisaprida, por ejemplo, que trata la acidez estomacal, es seguro para la mayoría de la gente. El hígado metaboliza el fármaco y la acidez mejora. A menos que, por supuesto, seas parte de un subconjunto de personas que tienen un defecto hepático o que están tomando otro suplemento que inhibe su eficacia o tienen una arritmia. En ese caso, podrías experimentar un deterioro del corazón o incluso muerte cardíaca. Al conectar un corazón y un hígado sobre chips, Huebsch y los investigadores del Healy Lab son capaces de determinar de qué manera la inhibición de la función hepática y cardíaca puede hacer que el medicamento sea tóxico.

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"Muchos medicamentos van a ser seguros en el 95 por ciento o más de los pacientes", dice Huebsch. "El problema que está causando el fracaso de las drogas en la fase III —que provoca que los medicamentos que están en el mercado tengan efectos nocivos en un número muy pequeño de personas— son estos eventos adversos poco frecuentes".

Y ésa es una de las cosas verdaderamente increíbles acerca de los órganos en chips: los científicos pueden usarlos para desarrollar planes de tratamiento personalizado para cada paciente.

"Podríamos tomar tus células sanguíneas cutáneas, tratarlas con un coctel de genes o productos químicos, y podría transformarlas en células embrionarias", explica Ingber. "Entonces, dándoles las señales correctas, podemos convertirlas en virtualmente cualquier tipo de tejido en tu cuerpo. Podemos hacer tu pulmón en un chip o tu riñón en un chip o tu hígado en un chip. Puedo probar los fármacos para ti".