OCTOPUS, un dispositivo optimizado para cultivar miniórganos en una placa
Ingenieros crean un dispositivo que permite desarrollar organoides intestinales hasta niveles de madurez sin precedentes
Cuando se trata del cuerpo humano, lo típico no existe. La variación es la norma. En los últimos años, las ciencias biológicas se han centrado cada vez más en explorar la conmovedora falta de normas entre los individuos, y los investigadores médicos y farmacéuticos se plantean preguntas sobre cómo traducir los conocimientos relativos a la variación biológica en una atención más precisa y compasiva.
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¿Y si las terapias pudieran adaptarse a cada paciente? ¿Qué pasaría si pudiéramos predecir la respuesta individual de un organismo a un fármaco antes de someterlo a un tratamiento de ensayo y error? ¿Sería posible entender cómo empieza y se desarrolla la enfermedad de una persona para saber exactamente cómo curarla?
Dan Huh, profesor asociado del Departamento de Bioingeniería de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Pensilvania, busca respuestas a estas preguntas replicando sistemas biológicos fuera del cuerpo. Estas copias externas de sistemas internos prometen aumentar la eficacia de los fármacos y proporcionar nuevos conocimientos sobre la salud de los pacientes.
Huh, innovador de la tecnología organ-on-a-chip (copias en miniatura de sistemas corporales almacenadas en dispositivos de plástico del tamaño de una memoria USB), ha ampliado su campo de acción a la ingeniería de mini-órganos en una placa con las propias células del paciente.
Un reciente estudio publicado en Nature Methods y dirigido por Huh presenta OCTOPUS, un dispositivo que cultiva órganos en una placa hasta alcanzar niveles de madurez inigualables. Los responsables del estudio son Estelle Park, estudiante de doctorado en Bioingeniería, Tatiana Karakasheva, Directora Asociada del Programa de Modelado del Epitelio Gastrointestinal del Hospital Infantil de Filadelfia (CHOP), y Kathryn Hamilton, Profesora Adjunta de Pediatría de la Facultad de Medicina Perelman de Pennsylvania y Codirectora del Programa de Modelado del Epitelio Gastrointestinal del CHOP.
En el estudio, el equipo utilizó OCTOPUS(Organoid Culture-based Three-dimensional Organogenesis Platformwith Unrestricted Supplyof soluble signals) para aprender más sobre los desafíos únicos a los que se enfrentan los niños que padecen enfermedad inflamatoria intestinal (EII).
"El objetivo de esta investigación", explica Park, "es crear dispositivos que proporcionen a las células un entorno lo más parecido posible al cuerpo humano. Queremos que su desarrollo en el plato coincida con el de su fuente, de modo que tengamos una copia auténtica de la que aprender". En un mundo en el que más del 90 por ciento de los estudios preclínicos con animales fracasan antes de probarse en seres humanos, y en el que la ética de ambos es compleja, OCTOPUS será una aportación inestimable a la práctica actual de los laboratorios."
Desarrollados por primera vez en 2009, estos órganos en un plato, conocidos como "organoides", abrieron las puertas a importantes mejoras en la investigación médica y la atención al paciente.
Para fabricarlos, los científicos recogen células madre de órganos específicos y las introducen en una gotita de gel tridimensional. Nutridas con una dieta química cuidadosamente elaborada, las células madre se organizan espontáneamente en un órgano inmaduro.
En comparación con los simples cultivos celulares bidimensionales que constituyen la columna vertebral de las pruebas de laboratorio, los organoides encierran un tesoro de información. Los órganos están formados por una gran variedad de tipos celulares, y estas células son más que la suma de sus materiales biológicos. Se desarrollan y funcionan en comunicación unas con otras.
Los organoides, a diferencia de los cultivos celulares tradicionales, permiten el desarrollo de estas relaciones. Proporcionan potentes herramientas para estudiar cómo se desarrollan los órganos y desempeñan sus funciones especializadas.
Los organoides reproducen tanto los aspectos sanos como los anormales de los órganos de los pacientes y generan una gran cantidad de datos de difícil acceso sobre el cuerpo humano. Cuanto más maduro es el organoide, más se aproxima a la verdadera complejidad del órgano.
Con OCTOPUS, el equipo de Huh ha avanzado significativamente las fronteras de la investigación de organoides, proporcionando una plataforma superior a las gotitas de gel convencionales.
OCTOPUS divide el material de cultivo de hidrogel blando en una geometría tentacular. Las finas cámaras de cultivo radiales se asientan sobre un disco circular del tamaño de una moneda de 25 centavos de EE.UU., lo que permite que los organoides avancen hasta un grado de madurez sin precedentes.
"La madurez limitada de los tejidos es un problema importante en la investigación con organoides y células madre", afirma Huh.
"Los esfuerzos para abordar el problema se han centrado principalmente en la bioquímica mediante el desarrollo de mejores formulaciones de medios que ayuden a las células madre a diferenciarse en tejidos más maduros. Como ingenieros, abordamos este problema desde una perspectiva diferente, prestando más atención a los aspectos físicos de cómo crecen los organoides. Rediseñando la geometría tridimensional del andamiaje de hidrogel, pudimos diseñar el entorno bioquímico de los modelos de cultivo convencionales. OCTOPUS mejora el transporte de nutrientes, oxígeno y factores de crecimiento sin reformular en absoluto la bioquímica de los medios".
El artículo también presenta una versión mejorada de la plataforma, denominada OCTOPUS-EVO, que lleva la madurez al siguiente nivel. Transformando el inserto en un dispositivo compartimentado con un control preciso de su entorno fluido, el equipo de Huh utilizó diversos tipos de células de órganos para crear organoides tan avanzados que desarrollaron vasos sanguíneos funcionales.
"La belleza de nuestra tecnología es su minimalismo. Diseñamos el dispositivo pensando sobre todo en su facilidad de uso". Al ser un simple inserto, OCTOPUS puede incorporarse sin esfuerzo a las técnicas de laboratorio existentes. La tecnología es fácil de adoptar y está lista para tener un impacto inmediato".
Hamilton, cuyo laboratorio utiliza actualmente OCTOPUS para cultivar organoides para estudiar enfermedades intestinales infantiles, describe los dispositivos como transformadores.
"Cuanto mejor puedan los investigadores médicos reproducir fielmente el modo en que actúa el órgano en el cuerpo, mejor podrán predecir la respuesta de un paciente", afirma Hamilton. "Esta tecnología es exactamente lo que necesitamos para cribar fármacos, probar terapias, describir comportamientos saludables y localizar disfunciones. Cada día aprendemos cosas nuevas".
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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