Un chip para reemplazar la experimentación con animales

Los nuevos medicamentos hechos de nanopartículas que pueden penetrar fácilmente en cualquier interfaz dentro de nuestros cuerpos son una gran esperanza en la medicina. Para que estos aspirantes lleguen al mercado, se debe garantizar su seguridad. En este contexto, también hay que aclarar qué sucede si una sustancia logra traspasar la barrera natural entre el bebé y la madre, la placenta, en el cuerpo de la mujer embarazada.

«Las toxinas ambientales también pueden representar una gran amenaza para el feto sensible si penetran la barrera placentaria o interrumpen el desarrollo y la función de la placenta, lo que daña indirectamente al feto», explica Tina Bürki, investigadora de Empa en el laboratorio de interacciones entre partículas y biología en San Galo.

Un equipo de Empa y ETH Zurich ha estado trabajando durante algún tiempo en la cuestión de cómo se puede determinar de manera precisa, simple y confiable la llamada embriotoxicidad de las sustancias. Ahora, el equipo está desarrollando un nuevo sistema que detectará sustancias que dañan el embrión sin necesidad de realizar pruebas con animales.

Un universo en un estuche de polímero

En el corazón del proceso hay un chip de polímero, aproximadamente del largo de un dedo humano, que alberga un pequeño universo: las células humanas crecen en el chip que va a modelar la barrera placentaria y el embrión en condiciones que son lo más cercanas a la realidad. posible. Para este propósito, las células de la placenta se cultivan en una membrana porosa para formar una barrera densa, y las células madre embrionarias se forman en una pequeña esfera de tejido en una gota de solución nutritiva.

Para simular la circulación sanguínea, un agitador inclina continuamente el chip hacia adelante y hacia atrás. Las sustancias de prueba se pueden agregar al lado materno de la placenta. Esto permite a los investigadores estudiar el transporte de la sustancia de prueba y los efectos en ambos tejidos. «Ya sabemos que un sistema de prueba de este tipo puede funcionar, ya que se desarrolló un prototipo simplificado durante un estudio preliminar con el laboratorio de Bioingeniería en ETH Zurich», dice Bürki.

Lo especial de este nuevo chip es que los investigadores quieren mejorar los modelos celulares reemplazando las líneas celulares de laboratorio o células de ratón utilizadas anteriormente con las llamadas células humanas primarias y una línea de células madre humanas. «Estamos trabajando en estrecha colaboración con la clínica ginecológica del Hospital Cantonal de St. Gallen y podemos aislar las células que estamos buscando del tejido placentario que, de otro modo, se descartaría después del nacimiento», explica Bürki.

Las células se utilizarán para desarrollar un modelo de placenta tridimensional mejorado. En última instancia, el chip embrión-placenta permitirá reproducir la interacción de la placenta y el embrión y los procesos de transporte en la placenta, así como investigar los efectos nocivos directos e indirectos de una sustancia en el desarrollo embrionario.

Modelo alternativo ventajoso

Los estudios sobre la toxicidad del desarrollo de las drogas y las toxinas ambientales actualmente se basan en experimentos con animales con ratones preñados. En la UE, por ejemplo, se utilizaron 840 000 animales en investigaciones sobre toxicidad y seguridad en 2017, de los cuales casi 100 000 se utilizaron para la toxicidad del desarrollo. Gracias al nuevo chip, el número de estos experimentos con animales podría reducirse significativamente.

Este no es solo un objetivo importante desde el punto de vista ético, porque la importancia de una prueba con ratones preñados no es óptima para evaluar la seguridad de los medicamentos en humanos: «La placenta tiene una estructura muy específica en cada especie, y en ratones es correspondientemente diferente de la de los humanos», dice el investigador de Empa Bürki. Se pueden obtener mejores conocimientos del modelo in vitro alternativo, es decir, el nuevo sistema «en el tubo de ensayo», porque la nueva tecnología de chips con células humanas primarias puede mapear de manera más confiable lo que sucede en la interfaz entre madre e hijo.

Acelerando nuevas terapias

El nuevo sistema de prueba pretende ser una forma simple y precisa de verificar la seguridad de una sustancia en las primeras etapas del desarrollo de nuevos medicamentos y, por lo tanto, acelerar la aplicación de nuevas terapias. De esta forma, el chip respalda el principio de seguridad desde el diseño, que contempla la integración temprana de los aspectos de seguridad en el proceso de innovación.

La necesidad de estudios de toxicidad para el desarrollo en la industria también está aumentando por otra razón: es necesario aclarar la seguridad de los productos químicos y las partículas en el medio ambiente, tal como lo exige el reglamento REACH sobre productos químicos actual. «El chip de embrión de placenta debería ser, en última instancia, un kit de prueba fácil de usar que pueda proporcionar datos importantes sobre los riesgos potenciales para la salud durante el embarazo», dijo.

También se espera que los resultados del proyecto ayuden a llenar los vacíos de conocimiento en la comprensión de la barrera placentaria. «El chip será un modelo que unirá los procesos en la placenta y en el embrión. De esta manera, esperamos comprender mejor las complejas interacciones que tienen lugar mediante las sustancias de señalización en el futuro», dice Tina Bürki.