Un chip simula la barrera encefálica del cerebro para probar nuevos fármacos

Investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) han desarrollado un dispositivo tipo chip que simula la barrera hematoencefálica del cerebro para utilizarlo para probar y estudiar fármacos contra el alzhéimer y otras enfermedades neurodegenerativas.

El trabajo, que publica la revista científica 'Journal of Nanobiotechnology', ha sido liderado por Mònica Mir y Anna Lagunas, ambas investigadoras del grupo de Nanobioingeniería del IBEC dirigido por Josep Samitier y miembros del Centro de Investigación Biomédica en Red (CIBER-BBN).

Según las investigadoras, el sistema permite estudiar el funcionamiento de esta barrera ante los fármacos y hacer un cribado de los más efectivos, evitando los ensayos con animales.

La barrera hematoencefálica protege el cerebro de posibles tóxicos en la sangre, suministra los nutrientes a los tejidos cerebrales y filtra los compuestos nocivos del cerebro de vuelta al torrente sanguíneo, pero, además de todas estas funciones, también es una barrera fisiológica que impide que los fármacos lleguen al cerebro, un obstáculo para desarrollar fármacos contra enfermedades neurodegenerativas.

Según ha explicado Lagunas, la mayoría de los métodos tradicionales de cultivo celular usados para estudiar el comportamiento de los fármacos no reproducen adecuadamente la fisiología de los pacientes y los animales a menudo no generan resultados comparables a la respuesta en humanos, aparte de los problemas éticos asociados a la experimentación animal.

Por eso, las llamadas plataformas de 'órgano-en-un-chip' (OoC de las siglas en inglés) son una alternativa a los métodos de estudio tradicionales, ya que permiten simular el funcionamiento de órganos humanos específicos a escala microscópica.

Así, el IBEC ha desarrollado un chip que simula la barrera hematoencefálica "que se podría adaptar a diferentes estudios que involucran la patología del cerebro humano, como muchas enfermedades neurodegenerativas, en las que la integridad de la barrera hematoencefálica se encuentra a menudo comprometida", ha dicho Lagunas.

"Además -ha añadido-, si en el chip se incorporasen, por ejemplo, células derivadas de paciente, éste permitiría un estudio personalizado de la enfermedad".

"Las características físicas del dispositivo lo hacen portable, fácil de emplear y podría producirse en masa con una futura implementación industrial", ha manifestado Mònica Mir, que también es profesora de Ingeniería Electrónica y Biomédicina de la Universidad de Barcelona (UB), coautora del estudio.

El dispositivo, en cuyo desarrollo también han participado investigadores de la Universidad de Barcelona, de la Universidad de Chile y del Centro Avanzado de Enfermedades Crónicas de Chile, está fabricado en un sistema microfluídico, que permite manipular y controlar fluidos en una escala muy pequeña y analizar muestras de pequeños volúmenes.

Incluye un cultivo tridimensional de diferentes tipos de células de origen humano que forman una estructura de barrera endotelial, que tiene la función de separar la sangre de los tejidos adyacentes.

Esta estructura imita la barrera hematoencefálica humana y presenta valores de permeabilidad más esmerada que los modelos estándar actuales.

El modelo incorpora también un sistema de microelectrodos que permiten monitorizar la integridad y permeabilidad de la barrera endotelial antes y después de administrar fármacos.

Para validar el funcionamiento del chip, las investigadoras han usado un sistema nanométrico para liberar fármacos desarrollado previamente por el grupo de Marcelo J. Kogan en la Universidad de Chile.

Se trata de unas nanopartículas de oro que facilitan la permeación del fármaco a través de la barrera hematoencefálica y que se unen a las llamadas fibras de beta amiloide, unas moléculas que se forman en la enfermedad de Alzheimer, desagregándolas.