Nueva tecnología basada en chips que imitan el funcionamiento de las células para detectar el daño creado por fármacos tóxicos
Las fatigas moderadas generalmente se relacionan con la energía celular que se concentra en las mitocondrias. La disfunción mitocondrial es causada por el desarrollo de químicos y fármacos tóxicos. Para medir la actividad mitocondrial, tradicionalmente se usan pruebas que se basan en la evaluación de enzimas donde miden la cantidad de material por sustrato consumido o producto formado durante la reacción. Esta técnica de evaluación resulta ser muy limitada y sólo desarrolla un pronóstico de la actividad mitocondrial.
La tecnología de micro fluidos de “Órgano en Chip” usa métodos de fabricación que logra crear culturas de células reales para imitar la fisiología de los órganos y tejidos. Esta tecnología está preparada para remplazar las pruebas de medicamentos tóxicos en animales, además de ser un método más preciso.
Investigadores de la Universidad Hebrea de Jerusalem describen una nueva generación de “Riñones en Chip” en donde los investigadores añadieron micro-sensores de glucosa y lactosa capaces de medir cambios minúsculos en el metabolismo central.
La plataforma de micro fluidos está compuesta por tejidos sub-milimétricos a los que los autores denominan como “biónicos” ya que contienen sensores opto electrónicos para oxígeno. Estos sensores son mantenidos en condiciones que simulan el ambiente fisiológico del humano. La plataforma incluye un tablero a base de computadoras que mide la glucosa y lactosa usando un modelo de calificación clínica. La plataforma con sensores incluidos permite seguir en tiempo real la dinámica del metabolismo que cambia con la presencia de cualquier daño mitocondrial presente en el ambiente por más de un mes.
El estudio titulado “Monitoreando el metabolismo de los riñones usando aparatos de “Riñones en Chip” para seguir la dinámica de la disfunción mitocondrial” aparece en la revista de la Academia Nacional de Ciencias.
“El metabolismo de carbono, glucosa y aminoácidos es la fuente más importante de energía y material para nuestras células, es la base para que las células puedan funcionar” comentó el Profesor Yaakov Nahmias, director del Centro de Bioingeniería Alexander Grass. En 1924 Otto Warburg reconoció la importancia de los cambios en el metabolismo de carbono en el desarrollo de cáncer. Además, estudios recientes encontraron la relación entre el camino metabólico y la regeneración de células madre. “Este camino metabólico es muy sensible, por lo que cualquier daño toxico llevaría a cambios en el metabolismo de la glucosa” agregó Nahmias.
Los investigadores probaron la nueva tecnología con Rezulin, un medicamento anti-diabetes y anti-inflamatorio que quitaron del mercado de EUA en el 2000 porque causaba daños en el riñón. Experimentaron con una dosis pequeña que previamente se consideraba segura por las pruebas tradicionales, en las que no se veía ningún daño. Al aplicar la nueva tecnología “Riñón en Chip” se pudo determinar estrés mitocondrial, el cual obliga al riñón a depender del metabolismo de glucosa.
Al revelar la dinámica de la adaptación celular al daño en la mitocondria, la nueva tecnología “Órgano en Chip” permite detectar los químicos tóxicos antes de que se pueda observar daño en las celular o en los tejidos.
El Profesor Nahmias dijo “La habilidad de medir fluidos metabólicos usando un número pequeño de células bajo condiciones psicológicas puede redefinir el estudio de enfermedades neurodegenerativas, células madre y cáncer además del descubrimiento de medicinas. A diferencia de otros instrumentos, nuestros sensores no requieren calibrarse y nuestras células no se descomponen sufren de hipoxia (falta de oxígeno).
Nuestro sistema de micro fluidos puede ser útil para laboratorios biológicos y clínicos que trabajan con el estudio de la mitocondria, enfermedades de oxidación neuronal (Alzheimer, Parkinson), enfermedades metabólicas (diabetes, obesidad), biología de las células madre y cáncer.