Nueva oportunidad para la terapia del cáncer: un laboratorio en miniatura permite comprender el desarrollo de las metástasis
Fraunhofer IWS desarrolla sistemas microfisiológicos para el cultivo de secciones de tejido tumoral en un esfuerzo conjunto
Cada año se diagnostica cáncer a cerca de medio millón de personas en Alemania. A pesar de la existencia de opciones de tratamiento eficaces para muchos tipos de cáncer, muchas preguntas sobre el desarrollo de la enfermedad siguen sin respuesta. ¿Por qué se desarrolla un tumor? ¿Qué factores favorecen el crecimiento de las células cancerosas? ¿Por qué las metástasis se extienden a otros órganos con el tiempo? Los modelos animales utilizados principalmente hasta la fecha sólo representan de forma limitada los procesos reales del cuerpo humano. El Instituto Fraunhofer de Tecnología de Materiales y Rayos X IWS de Dresde ha desarrollado microsistemas especiales en colaboración con el Instituto Fraunhofer de Toxicología y Medicina Experimental ITEM de Hannover y la Universidad de Ratisbona. Ahora los están utilizando para examinar secciones de tejido de tumores en condiciones realistas.
Fraunhofer IWS lleva varios años desarrollando sistemas microfisiológicos del tamaño de una caja de pastillas. Ahora es posible cultivar hasta diez rebanadas de tejido en un chip.
© minkus-images.de/Fraunhofer IWS
Fraunhofer IWS lleva varios años desarrollando con éxito sistemas microfisiológicos del tamaño de una caja de pastillas. Pueden utilizarse para imitar la función de órganos o procesos patológicos en cultivos celulares, estudiar enfermedades fuera del organismo, es decir, ex vivo, y probar fármacos. "Apilamos varias capas de película de plástico", explica Stephan Behrens, ingeniero de desarrollo de Fraunhofer IWS. Éstas se estructuran antes mediante láser para crear canales y cámaras, así como bombas y válvulas. Representan distintos procesos del cuerpo humano. En los sistemas microfisiológicos circula un fluido similar a la sangre que suministra oxígeno y nutrientes a las células. Un nuevo reto en un proyecto interdisciplinar era investigar la metástasis de tumores en sistemas microfisiológicos.
El profesor Christoph Klein, catedrático de Medicina Experimental e Investigación Terapéutica de la Universidad de Ratisbona y director de la división de Terapia Tumoral Personalizada de Fraunhofer ITEM, se dirigió a Fraunhofer IWS con esta petición. Junto con la Universidad de Erlangen-Nuremberg, la Fundación Alemana de Investigación había aprobado un nuevo centro de investigación en colaboración para los investigadores de Ratisbona en 2020. Su objetivo es descubrir cómo colonizan exactamente los órganos las metástasis.
El tumor y el sistema inmunitario interactúan en un chip
"Para estudiar esto, era importante para nosotros integrar varias secciones de tejido tumoral en nuestro sistema microfisiológico", dice Florian Schmieder, jefe de grupo en Fraunhofer IWS. Esto se consiguió por primera vez en el mundo en este proyecto. Ahora se pueden cultivar en paralelo hasta diez secciones de tejido en un chip". Además, el equipo de Fraunhofer IWS ha realizado puertos desde los que se pueden tomar muestras para examinarlas en cualquier momento. "También podemos medir continuamente parámetros importantes como el contenido deCO2, el valor de pH y la concentración de oxígeno", prosigue. "Utilizamos estos sensores para medir directamente dentro del sistema microfisiológico y pueden reutilizarse para investigaciones posteriores".
Los expertos del Fraunhofer ITEM aportaron sus conocimientos sobre cortes de tejido. Optaron por secciones ultrafinas de tejido pulmonar, explica el Prof. Armin Braun, Jefe de Farmacología Preclínica y Toxicología de Fraunhofer ITEM. "Cuando se opera a un paciente con un tumor pulmonar, no sólo se extirpa el tumor en sí, sino también el tejido sano". Un vibratomo equipado con una cuchilla oscilante produce rebanadas finísimas de 350 µm de grosor y un centímetro de diámetro a partir de estas muestras. Éstas siguen estando bien provistas de nutrientes. Una vez colocadas en el chip, las láminas de tejido permanecen vitales y funcionales en el sistema microfisiológico durante un largo periodo de tiempo. "Podemos, por tanto, observar la interacción del sistema inmunitario humano con el tumor", añade Braun. Todas las células inmunitarias relevantes ya están presentes en la sección. "Esto significa que estamos muy cerca del sistema real, mucho más cerca de lo que sería posible con modelos animales".
Uso de sistemas para investigar otras enfermedades
¿Cómo se desarrolla el cáncer y cómo se propaga por el organismo? Un punto importante aquí es que el metabolismo en el tumor difiere del del tejido normal. "Para los clínicos es importante poder investigar qué condiciones de un órgano atraen las metástasis", explica Florian Schmieder. Para ello son cruciales las altas concentraciones de oxígeno y los valores de pH. Los investigadores del Fraunhofer IWS quieren ajustar estas condiciones ambientales de forma aún más eficaz en los microsistemas en el futuro. "Hasta ahora, por ejemplo, hemos sido capaces de cambiar el contenido de oxígeno en todo el sistema", continúa. Uno de los retos ahora es permitir diferentes concentraciones de oxígeno en un chip para observar la reacción de las células tumorales y las metástasis.
Lo ideal sería combinar varios tipos de tejido de un mismo paciente. "Tales muestras resultan escasas en la realidad", explica Schmieder. Sin embargo, combinar en el sistema muestras de sangre y tejido del mismo paciente es posible. En combinación con los distintos sensores, esto supone un valor añadido que antes no se podía conseguir con otros métodos. La tecnología también puede servir como alternativa sensata a los anteriores experimentos con animales. Por desgracia, la investigación aún no puede eliminar la necesidad de modelos animales.
Paralelamente, el equipo de 15 miembros de Fraunhofer IWS trabaja actualmente en proyectos para probar el uso de rebanadas de tejido en otras enfermedades. Un ejemplo es la fibrosis. En este caso, el sistema inmunitario reacciona de forma diferente ante el tejido, que se endurece de forma patológica y pierde parcialmente su función. Estos procesos restringen la función de tejidos y órganos. "Estamos trabajando en esta cuestión en el proyecto interno FIBROPATHS de Fraunhofer", afirma Schmieder. El objetivo es aclarar qué sistemas específicos necesitan los tejidos individuales en el minilaboratorio para cultivarlos durante más tiempo.
Posibles nuevas terapias para pacientes de cáncer
El Prof. Christoph Klein se siente alentado por los resultados obtenidos en la investigación del crecimiento tumoral y la formación de metástasis con ayuda de sistemas microfisiológicos. "Si queremos investigar enfermedades, ésta es una nueva e interesante oportunidad para nosotros", afirma el médico. "Comprender la metástasis de forma exhaustiva es clave para nuevos métodos terapéuticos que eviten la posterior formación de metástasis en el organismo de los pacientes con cáncer".
Florian Schmieder ve en la tecnología un excelente potencial de futuro: "Nuestros sistemas son cada vez más modulares". En el futuro, los distintos componentes podrían combinarse de nuevas formas para aclarar diversas cuestiones científicas.
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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