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Científicos españoles logran emular la barrera hemato-retiniana humana en un chip microfluídico

Durante varios años, los científicos han concretado investigaciones para hallar maneras de reducir las pruebas en animales y acelerar los ensayos clínicos. Las pruebas in vitro con células vivas son una alternativa, pero tienen limitaciones ya que la interconexión e interacción entre células no puede reproducirse fácilmente.

Para superar este problema, los investigadores están desarrollando sistemas que imitan los tejidos y las funciones de los órganos en condiciones muy cercanas a la realidad. Este tipo de dispositivos, llamados “órgano en un chip”, incluyen microambientes y microarquitecturas a fin de emular los órganos y tejidos vivos.

Ahora, un equipo de expertos en Barcelona, España, ha desarrollado un dispositivo microfluídico que imita la barrera hemato-retiniana humana. Los científicos son del Grupo de Aplicaciones Biomédicas del Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM) del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) del citado país, del CIBER-BBN, y del grupo de Diabetes y Metabolismo del Instituto de Investigación Vall d’Hebron (VHIR), del CIBERDEM- Instituto de Salud Carlos III y la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB).

El estudio, presentado en la portada de la revista Lab-on-a chip, es lo que los especialistas llaman técnicamente una “prueba de concepto”, es decir, demuestra la viabilidad del diseño imaginado por los científicos.

Emulando la estructura de la barrera hemato-retiniana

José Yeste, principal autor del estudio, y científico del CSIC en el IMB-CNM y del Departamento de Sistemas de Microelectrónica y Electrónica de la UAB, detalló que el dispositivo está compuesto por varios compartimentos paralelos, dispuestos para emular la estructura de la capa de la retina. En cada compartimento se ha cultivado un tipo de células: células endoteliales (que constituyen vasos capilares que transportan oxígeno y nutrientes), células neuronales (que forman la neurorretina) y células epiteliales pigmentadas de la retina, que forman la capa externa de la barrera hemato-retiniana.

Los compartimentos están interconectados por una rejilla de micro ranuras debajo de las células, con la cual las células pueden intercambiar moléculas de señalización y, por lo tanto, comunicarse entre ellas. Como resultado, las sustancias producidas por algunas células pueden llegar a otras, generando una comunicación e interacción celular como en un órgano vivo. Además, el dispositivo permite exponer las células endoteliales a condiciones mecánicas particulares, como aquellas inducidas por la corriente sanguínea.

Según Rosa Villa, investigadora del CSIC y líder del Grupo de Aplicaciones Biomédicas, “dentro del organismo, las células endoteliales que recubren el interior de los vasos sanguíneos, están sometidas al estímulo mecánico de la circulación de la sangre. En los cultivos celulares que no reproducen ese flujo, las células están como ‘aletargadas’, y no responden de la misma forma que lo harían en condiciones reales”.

Por su parte Rafael Simó, quien lidera el grupo de Diabetes y Metabolismo del Instituto de Investigación Vall d’Hebron (VHIR) señaló: “Lo más importante de esta tecnología es que permite reproducir lo que ocurre ‘in vivo’ en la retina y puede ser una herramienta esencial que revolucione la experimentación ‘in vitro’, ya que las células crecen en contacto con un fluido de forma constante, tal como ocurre en la retina humana. Además, las células mantienen una estrecha relación entre ellas mediante mediadores químicos, lo que posibilita ver lo que pasa en una célula cuando provocamos una lesión en otra célula vecina. Por último, se pueden, incluso, tomar medidas eléctricas para evaluar la funcionalidad de las neuronas de la retina“.

Los científicos probaron la formación correcta de la barrera hemato-retiniana evaluando su permeabilidad, su resistencia eléctrica y la expresión de algunas proteínas de las uniones estrechas entre las células, que se expresan cuando las células han establecido una función de barrera.

Las pruebas se han diseñado para comprobar si la barrera se formó correctamente, pero manteniendo la permeabilidad natural que permite el paso de nutrientes y oxígeno, así como para averiguar si las células estuvieron en contacto e interactuando.

Este microdispositivo, afirman los científicos, ayudaría a estudiar los efectos de las moléculas o las condiciones perjudiciales en la retina humana. El equipo también desea utilizar la herramienta para estudiar la retinopatía diabética, una enfermedad cuyas causas y progresión aún no se conocen a plenitud.

Previamente, el equipo dirigido por Rosa Villa en el Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM) del CSIC ya había creado un dispositivo que emula la barrera hematoencefálica.

Además, desarrollaron una cámara microfluídica (hígado en un chip) que imita la microcirculación hepática. En este caso, diseñaron y fabricaron el dispositivo junto con investigadores del IDIBAPS.

 

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