Microchips exploran al ser humano

Microchips implantados en la piel permiten a los científicos estudiar los mecanismos fisiológicos y comportamientos del ser humano en formas nunca antes posibles, creando oportunidades para la detección temprana de enfermedades y desarrollo de fármacos.

Científicos de IBM han desarrollado una tecnología de un laboratorio en un chip, el cual consiste en separar partículas biológicas a nanoescala, lo que ayudaría a profesionales médicos a detectar enfermedades como el cáncer.

Según la publicación Nature Nanotechnology, los resultados de IBM muestran una separación de biopartículas de hasta 20 nanómetros de diámetro, una escala que permite acceder al ADN, virus y exosomas. Estas partículas, una vez separadas, pueden ser estudiadas para detectar la presencia de alguna enfermedad antes de que aparezcan los síntomas. De acuerdo con expertos, esto ayudaría en el desarrollo de tratamientos adecuados y los resultados podrían ser más positivos. 

Por su parte, en la Universidad de California en San Diego, un grupo de bioingenieros desarrolló un chip biosensor de grafeno para identificar padecimientos como la diabetes, enfermedades del corazón, neurodegenerativas, autoinmunes.

Según los bioingenieros, uno de los indicadores más comunes de muchas patologías es la presencia de una mutación genética conocida como polimorfismo de un sólo nucleótido (SNP, por sus siglas en inglés). Se trata de una variación que afecta a uno de los elementos fundamentales del ADN, que es reemplazado por otro en la secuencia del genoma.

La mayoría de estos cambios no tienen ningún efecto sobre la salud, pero algunos de ellos están asociados a enfermedades. Además, también puede afectar a la forma en la que el organismo reacciona ante las bacterias, los virus, los medicamentos y otras sustancias.

Estudiar los órganos

Dejando de lado todas las dificultades técnicas que conllevan mantener vivo un órgano fuera del cuerpo, los órganos completos son demasiado preciados para trasplantes como para poder usarse en experimentos. Sin embargo, muchos estudios biológicos importantes y pruebas prácticas de drogas pueden realizarse únicamente mediante el estudio de un órgano mientras está en funcionamiento. Una nueva tecnología podría llenar esta necesidad al cultivar piezas funcionales de órganos humanos en microchips.

En 2010, Donald Ingber del Instituto Wyss desarrolló un pulmón en un chip, el primero de su clase. El sector privado rápidamente se metió en el campo, con empresas como Emulate, encabezados por Ingber y otros del Instituto Wyss, formando asociaciones con investigadores en la industria y el gobierno, incluyendo la Agencia de Investigación Avanzada de Defensa de Estados Unidos (DARPA, por sus siglas en inglés)

Hasta ahora, varios grupos han informado sobre sus éxitos creando modelos en miniatura del pulmón, hígado, riñón, corazón, médula ósea y córnea. Otros, sin duda, se unirán a la lista.

Cada órgano en un chip es aproximadamente del tamaño de una memoria USB. Está hecho de un polímero flexible y translúcido. Tubos de microfluidos, cada uno de menos de un milímetro de diámetro y alineados con las células humanas tomadas del órgano de interés, se ejecutan en patrones complejos dentro del chip. Cuando los nutrientes, sangre y compuestos de prueba, tales como fármacos experimentales, son bombeados a través de los tubos, las células realizan algunas de las funciones clave de un órgano vivo.

Los compartimentos dentro del chip se pueden organizar para simular la estructura particular de un tejido del órgano, tales como un pequeño saco de aire en un pulmón. Así, por ejemplo, cuando aire corre a través de un canal, se puede simular con mucha precisión la respiración humana.

 Mientras tanto, la sangre mezclada con bacterias puede ser bombeada a través de otros tubos, y los científicos pueden observar cómo las células responden a la infección, todo ello sin ningún riesgo para una persona. La tecnología permite a los científicos ver los mecanismos biológicos y comportamientos fisiológicos nunca antes vistos.

Los microchips de órganos también darán un impulso a las empresas que desarrollan nuevos medicamentos. Su capacidad para emular a los órganos humanos permite pruebas más realistas y precisas de los fármacos candidatos. Por ejemplo, el año pasado un grupo utilizó un chip para imitar la forma en que las células endocrinas secretan hormonas al torrente sanguíneo y lo utilizaron para realizar pruebas cruciales de un medicamento para la diabetes.

Otros grupos están explorando el uso de órganos en chip en la medicina personalizada. En principio, estos microchips podrían ser construidos usando células madre derivadas de los propios pacientes, y luego las pruebas se podrían realizar para identificar las terapias individualizadas que tengan más probabilidades de tener éxito.

Hay razón para esperar que los órganos miniatura puedan reducir en gran medida la dependencia de la industria farmacéutica de realizar pruebas de compuestos experimentales en animales. Millones de animales son sacrificados cada año en este tipo de pruebas, y la práctica provoca polémica. Consideraciones éticas ha demostrado que es en gran medida un desperdicio, las pruebas en animales rara vez proporcionan una previsión fiable de cómo los seres humanos van a reaccionar al mismo fármaco. Los exámenes realizados en los órganos humanos miniaturizados podrían hacerlo mejor.

Investigadores militares y de biodefensa ven el potencial de los órganos en chip para salvar vidas de una manera diferente. El pulmón simulado y otros dispositivos como éste podrían ser el próximo gran paso en  pruebas para determinar la respuesta a armas radiológicas, biológicas o químicas.

HJ/I