Pruebas de drogas con vasos cerebrales artificiales
El método de cribado simula el efecto de filtro de la "barrera hematoencefálica"
En la revista "Biomaterials", los investigadores del DZNE presentan un novedoso método para ensayar agentes químicos que podrían ayudar al desarrollo de fármacos contra las enfermedades neurodegenerativas. Esta técnica analítica permite estudiar en el laboratorio si los nuevos candidatos a fármacos tienen una posibilidad realista de llegar al cerebro. Para ello, un equipo dirigido por los doctores Philip Denner y Eugenio Fava emplea células madre humanas y microcapilares que imitan los vasos cerebrales de la llamada barrera hematoencefálica. La técnica está diseñada específicamente para agentes antiinflamatorios.
Reconstrucción en 3D de un vaso cerebral artificial mediante microscopía de fluorescencia. Cada vaso está formado por células endoteliales individuales (magenta) que están estrechamente conectadas entre sí por las llamadas uniones estrechas (turquesa).
DZNE / LAT
Para evitar que sustancias nocivas o patógenas entren en el cerebro desde el torrente sanguíneo, los vasos sanguíneos del cerebro están revestidos de las llamadas células endoteliales que forman la barrera hematoencefálica. "Se puede pensar en esta capa de células como un filtro diseñado para proteger el cerebro de los peligros. Es como la situación de una zona de alta seguridad en la que no se permite la entrada a todo el mundo", explica el Dr. Eugenio Fava, investigador de la sede de DZNE en Bonn y director de "Core Research Facilities & Services", una unidad central que pone a disposición de los científicos las tecnologías de medición más avanzadas. "Los fármacos contra las enfermedades cerebrales deben, por tanto, adaptarse para que puedan atravesar la barrera hematoencefálica y actuar así en el cerebro".
Pruebas de laboratorio necesarias
Las pruebas de permeabilidad desempeñan, por tanto, un papel fundamental en el desarrollo de fármacos para tratar enfermedades cerebrales. El objetivo de estos análisis es identificar sustancias prometedoras en el laboratorio mucho antes de que se realicen ensayos clínicos en humanos. Es en esta fase temprana del desarrollo de fármacos donde entra en juego el método ideado por los investigadores de Bonn. "Creemos que nuestro método recrea la barrera hematoencefálica mejor que muchas de las técnicas utilizadas actualmente. Esto permite predecir de forma más realista la captación de fármacos por parte del cerebro", afirma Fava. "Nuestro método se adapta específicamente a los agentes antiinflamatorios. Este es nuestro objetivo, porque en los últimos años se ha descubierto que los procesos inflamatorios desempeñan un papel importante en las enfermedades neurodegenerativas, como el Alzheimer".
El investigador del DZNE ve potencial de aplicación para el nuevo método de cribado tanto en la ciencia como en la industria farmacéutica: "El uso va más allá de las pruebas de permeabilidad de las sustancias farmacéuticas. Algunas enfermedades cerebrales comprometen la barrera hematoencefálica. Con nuestro sistema modelo, se pueden reproducir y estudiar esos procesos patológicos en la frontera entre el torrente sanguíneo y el cerebro."
Dos etapas
El método consta esencialmente de dos etapas. En primer lugar, se hace pasar el compuesto a analizar en solución acuosa a través de un dispositivo técnico que imita la función de filtrado de la barrera hematoencefálica. Posteriormente, se extrae una muestra de detrás del filtro y se examina para determinar si el compuesto ha atravesado la barrera. Para ello, el líquido extraído se coloca en un cultivo celular de glóbulos blancos humanos. "Estas células inmunitarias sirven de sensores", explica el Dr. Sven Fengler, biólogo molecular que ha desempeñado un papel fundamental en el desarrollo del nuevo método de detección. "Si el fluido derivado de nuestro aparato de filtrado contiene sustancias antiinflamatorias, la respuesta inmunitaria de los glóbulos blancos se reducirá. Si el compuesto está ausente, no hay reducción de la respuesta inmunitaria detectable".
Dado que en este punto se utiliza un ensayo basado en las reacciones inmunitarias, la técnica de cribado se orienta hacia los compuestos antiinflamatorios. Sin embargo, el corazón del enfoque del investigador de Bonn es el "dispositivo de filtrado", que en principio también es adecuado para los ensayos de permeabilidad de otros tipos de compuestos. "Este era nuestro objetivo inicial desde el principio y durante el proceso de desarrollo", afirma Fengler.
Canales de filigrana
Un componente esencial del hardware son las placas de plástico especiales, del tamaño de una mano, que se comercializan para experimentos con cantidades minúsculas de líquido ("microfluidos"). Estas placas están atravesadas por una red de tubos muy finos. En algunas partes de este sistema de canales, los científicos del DZNE introducen células endoteliales que cubren las paredes interiores de los capilares con una densa capa de células. De este modo, se crean vasos que imitan los vasos sanguíneos del cerebro humano. Las células endoteliales utilizadas para este fin se derivan de antemano de células madre humanas reprogramadas: "todoterrenos" celulares que - convenientemente acondicionados - pueden transformarse en una gran variedad de tipos celulares.
El proceso de generación de los vasos cerebrales artificiales ha llevado unos cuatro años de investigación. En combinación con las placas de microfluidos prefabricadas, el protocolo permite crear dichos vasos con una calidad estandarizada y reproducible. "Nuestros vasos artificiales forman un modelo de la barrera hematoencefálica humana que se aproxima bastante a la real. Esto se refleja en las mediciones de la resistencia eléctrica de la capa endotelial, a partir de las cuales se puede evaluar el sellado de esta barrera, y en otras caracterizaciones diversas. También es significativo que nuestro montaje mantiene el fluido dentro de los vasos en movimiento para simular el flujo sanguíneo", afirma Fengler.
Múltiples mediciones a la vez
Los científicos pueden crear 40 vasos de este tipo por placa, dirigirlos individualmente y así probar 40 compuestos simultáneamente. Una prueba dura unas dos semanas, incluyendo los preparativos, porque para cada ensayo los vasos cerebrales artificiales tienen que crecer de nuevo en una placa inicialmente "desnuda". Para medir la permeabilidad, es crucial que cada uno de los canales en los que crecen los vasos esté conectado localmente a otro canal que no contenga células endoteliales. Se introduce un gel especial en el cuello de botella entre los canales. Así, en la zona de contacto, las células endoteliales presentes en uno solo de los canales se apoyan directamente en el gel. "Este gel, por un lado, sella los capilares y, por otro, permite que las sustancias químicas que penetran a través de la capa de células endoteliales sigan difundiéndose hacia el otro canal. Esto se corresponde con la situación en la que estas sustancias entran en el cerebro", afirma Fengler.
Perspectivas
Por el momento, los científicos del DZNE han probado con éxito el nuevo método con varios compuestos de referencia. "Nuestro método es bastante elaborado y, por lo tanto, se ha recortado para obtener precisión. Así que no se trata de un alto rendimiento, sino de lo que se conoce como cribado de alto contenido. Vemos aplicaciones potenciales cuando se trata de identificar, a partir de un número reducido de candidatos a fármacos previamente probados, el que tiene más posibilidades de llegar al cerebro en cantidad suficiente", dice Philip Denner. "Ahora pretendemos optimizar aún más nuestro enfoque y, a largo plazo, quizá convertirlo en un proceso comercializable".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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