En el CES crean chips que simulan funciones de un órgano

En un laboratorio de la Universidad CES, hay chips que funcionan igual que un hígado, un corazón o un ojo. Se llaman órganos en un chip –o, en inglés, organ-on-a-chip–, y son pequeños dispositivos que permiten recrear en el laboratorio no solo la forma tridimensional de un tejido, sino también algunas de las condiciones físicas y químicas que experimenta un órgano dentro del organismo.

Esta tecnología es una de las líneas en las que está incursionando la Unidad de Toxicología In Vitro (UTI), donde desde hace doce años se estudia cómo evaluar la seguridad de sustancias como medicamentos, cosméticos, agroquímicos, ingredientes naturales y contaminantes ambientales.

Justamente, uno de los propósitos de este pequeño cuadrado impreso en 3D es estudiar los efectos de estas sustancias sin depender exclusivamente de la experimentación con animales y, al mismo tiempo, obtener modelos que reproduzcan con mayor precisión lo que ocurre en el cuerpo humano.

“Es un dispositivo que diseñamos en nuestros laboratorios para no solamente simular la estructura tridimensional, sino también las fuerzas físicas y el ambiente químico que rodea a esos tejidos que nosotros queremos simular”, le explicó a EL COLOMBIANO Andrés Pareja, director de la UTI, que es una de las pioneras en Colombia en el desarrollo de esta tecnología.

El origen

Para entender qué significa “poner un órgano en un chip “ hay que viajar en el tiempo para conocer un poco más sobre la historia de los cultivos celulares. Durante décadas, los investigadores han cultivado células en el laboratorio para estudiar cómo funcionan, cómo responden a determinadas sustancias o qué ocurre cuando se presenta una enfermedad. Los cultivos tradicionales son bidimensionales: las células crecen sobre una superficie plana, como el fondo de una pequeña caja de laboratorio. El problema es que una célula dentro de esa superficie no necesariamente se comporta igual que cuando forma parte de un tejido dentro del cuerpo, como detalla Pareja.

La solución comenzó a buscarse con modelos tridimensionales. Uno de ellos son los esferoides, agrupaciones de células que crecen juntas y forman pequeñas estructuras esféricas. Al estar unas junto a otras, las células pueden establecer interacciones más parecidas a las que tienen dentro de un tejido.

Después aparecieron los organoides, estructuras tridimensionales más complejas en las que se busca que las células adopten características propias de un órgano y que diferentes tipos celulares puedan interactuar. También se desarrolló la bioimpresión en 3D, que permite construir estructuras biológicas con formas determinadas.

El organ-on-a-chip lleva esta idea un paso más allá. No se trata solamente de tener células en tres dimensiones, sino de intentar reproducir parte del entorno en el que viven.

“Si está pasando un flujo de un líquido a través de eso, ya le genera unas condiciones diferentes. Además, si se le generan condiciones, por ejemplo, de presión o condiciones físicas como en los pulmones, que se abre, se cierra, o como una vena que palpita, ese tipo de fuerzas físicas y químicas hacen que las células se sientan más en casa, que se comporten como un tejido”, afirma Andrés.

Un artículo publicado en Applied Surface Science Advances en 2022 sobre el origen y futuro de esta tecnología explica que funciona como plataforma microscópica que combina biología celular, ingeniería y materiales para reproducir características estructurales y funcionales de tejidos humanos. Los modelos pueden representar órganos como pulmón, hígado, riñón, corazón, intestino y piel.

Además, la idea no termina en un solo órgano. Uno de sus objetivos es conectar diferentes modelos para estudiar cómo interactúan entre sí. Por ejemplo, un chip que represente el pulmón podría conectarse con otro que represente el hígado para observar qué ocurre con una sustancia después de entrar al organismo y pasar de un sistema a otro. El director de la UTI señala que, en el futuro, la meta sería elaborar modelos de un “cuerpo en un chip”.

¿Y cómo se construye?

Uno de los retos que tiene la universidad está precisamente en desarrollar la infraestructura necesaria. Los investigadores están trabajando en sistemas de microfluídica, que permiten controlar el paso de fluidos a través de canales muy pequeños. La idea es que esos movimientos ayuden a reproducir algunas de las condiciones que existen en el cuerpo, como el flujo de un líquido alrededor de las células.

“Estamos empezando a desarrollar las bombas de microfluídica para poder simular esos pequeños capilares”, precisa Pareja. El trabajo requiere de varias disciplinas como la biomecánica, la ingeniería y la biología.

Pero una de las dificultades en el desarrollo de estos chips es que se necesitan equipos de alto costo. No obstante, su elaboración cobra relevancia a nivel nacional ya que en mayo el Ministerio de Salud sacó la Resolución 0814, la cual plantea cómo funcionará la prohibición de la fabricación y comercialización de productos cosméticos probados en animales.

El origen de esta norma viene de la Ley 2047 de 2020 que prohibió las pruebas en animales con el fin de erradicar la crueldad. En esa misma línea, el director de la Unidad señala que esta decisión no incentiva el desarrollo de tecnologías como los chips, sino que hace que los investigadores se pongan en la búsqueda de otros modelos que permitan tomar decisiones sobre la seguridad de las sustancias.

Para la comunidad científica esto supone desarrollar nuevas capacidades, formar profesionales en estas tecnologías y destinar recursos para modernizar los laboratorios.

Otras posibilidades

Aunque uno de los usos más evidentes de los órganos en un chip es evaluar la toxicidad y eficacia de sustancias, sus posibilidades son más amplias. El mismo artículo de Applied Surface Science Advances señala que esta tecnología puede utilizarse para estudiar si un medicamento es tóxico o funciona como se espera, analizar cómo se comportan las células humanas y entender mejor cómo se desarrollan algunas enfermedades, procesos que podrían llevarse a cabo solo en el laboratorio, sin necesidad de probar directamente en personas.

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A pesar de los avances que han tenido, aún falta camino para que estos chips sean ampliamente fabricados y utilizados. Ese panorama coincide con lo que ocurre actualmente en el CES, donde la investigación está en construcción. “Es un camino largo”, reconoce Andrés.

Por ahora, la apuesta es aprender a construir esos modelos y superar las dificultades técnicas que todavía existen para que algún día, ojalá no muy lejano, cuando una sustancia llegue al laboratorio para ser evaluada, exista una manera cada vez más precisa de observar qué puede hacerle al cuerpo humano, prueba para la que solo sea necesario un chip que, a pesar de su tamaño, ofrece detalles de un cuerpo que lo supera de lejos en complejidad.

Una nueva forma de evaluar

El CES es la primera universidad antioqueña en poner en marcha las microcredenciales, un modelo para evaluar y certificar los conocimientos adquiridos en algunos de sus programas de formación. La idea es validar conocimientos de una manera diferente, reconociendo competencias concretas ante el sector productivo mientras los estudiantes continúan avanzando en su trayectoria académica. De esta manera, no es necesario culminar una técnica o tecnología para contar con algunas competencias certificadas por la universidad que demuestren qué sabe hacer una persona en un área específica.