Reprodueixen la barrera de la retina humana en un microxip microfluídic
El dispositiu conté cèl·lules vives, reprodueix l'estructura i les condicions fisiològiques de la barrera hematorretiniana i permet assajos in vitro de fàrmacs i l'estudi de malalties com la retinopatia diabètica.
23/01/2018
Des de fa uns anys es busquen alternatives per reduir el sofriment animal en investigació i accelerar els assaigs clínics. L'assaig "in vitro" amb cèl·lules vives és una alternativa, ja en ús, però té limitacions, ja que és difícil reproduir la interacció d'unes cèl·lules amb unes altres. Per aconseguir això últim, es treballa en el desenvolupament de sistemes que simulin i reprodueixin funcions de teixits i òrgans en condicions molt semblants a la realitat. Són els anomenats ‘Organ on a chip’, que inclouen microambients i microarquitectures que simulen l'estat dels teixits i els òrgans vius.
Un equip de científics ha desenvolupat un dispositiu microfluídic que reprodueix la barrera hematorretiniana. Els científics són del Grup d’Aplicacions Biomédiques de l'Institut de Microelectrònica de Barcelona (IMB-CNM) del CSIC i també adscrits al CIBER-BBN, del grup de Diabetis i Metabolisme del Vall d'Hebron Institut de Recerca (VHIR), del CIBERDEM-Institut de Salut Carlos III i de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB).
El treball, que ha estat portada de la revista "Lab on a chip", és el que s'anomena una ‘prova de concepte’: s'ha realitzat per demostrar que la idea imaginada pels científics funciona.
Reproduint l'estructura de la barrera hematorretiniana
El primer autor del treball, José Yeste, científic del CSIC en el IMB-CNM i investigador del Departament de Microelectrònica i Sistemes Electrònics de la UAB, explica que el microdispositiu està format per diversos compartiments paral·lels, en els quals s'han cultivat diferents tipus de cèl·lules per emular l'estructura de capes cel·lulars de la retina. Són cèl·lules endotelials (que formen la part interna de la barrera, en contacte amb els capil·lars sanguinis, a través dels quals arriba a la retina oxigen i nutrients), cèl·lules neuronals (que formen la neuroretina), i cèl·lules epitelials pigmentàries, que constitueixen la capa exterior, barrera hematorretiniana externa.
Els compartiments estan intercomunicats entre ells per la part inferior a través d’una xarxa de microsolcs, de manera que permet una comunicació intercel·lular a través de l'intercanvi de molècules senyalitzadores entre cèl·lules. Així, les cèl·lules poden enviar les seves senyals a les altres i interaccionar, de manera molt semblant a com ho farien en un organisme viu. A més, el microdispositiu també permet sotmetre les cèl·lules endotelials a l'estímul mecànic induït pel flux per emular un microambient més fisiològic.
Rosa Villa, que dirigeix el Grup d’Aplicacions Biomèdiques de l'Institut de Microelectrònica de Barcelona (IMB-CNM) del CSIC, explica: "Dins de l'organisme, les cèl·lules endotelials que recobreixen l'interior dels vasos sanguinis, estan sotmeses a l'estímul mecànic de la circulació de la sang. En els cultius cel·lulars que no reprodueixen aquest flux, les cèl·lules estan com una mica ‘adormides’, i no responen de la mateixa manera que ho farien en condicions reals".
Rafael Simó, cap del grup de recerca en Diabetis i Metabolisme de Vall d’Hebron Institut de Recerca (VHIR), explica: “El més important d’aquesta tecnologia és que permet reproduir el que passa ‘in vivo’ en el teixit de la retina i pot ser una eina cabdal que revolucioni l’experimentació ‘in vitro’, ja que les cèl·lules creixen en contacte amb un fluid de forma constant, tal com passa en la retina humana. A més, les cèl·lules mantenen una estreta relació entre elles mitjançant mediadors químics, la qual cosa possibilita veure el que passa en un tipus de cèl·lula quan provoquem una lesió en una cèl·lula veïna. Per últim, es poden, fins i tot, col·locar registres elèctrics per avaluar la funcionalitat de las neurones de la retina”.
Els científics han avaluat la correcta formació de la barrera hematorretiniana realitzant proves de permeabilitat, de resistència elèctrica, així com l'expressió de proteïnes de les unions estretes entre cèl·lules.
Aquestes proves tenien per objectiu comprovar que la barrera està ben formada, que s'ha tancat però manté la permeabilitat natural, suficient per permetre el pas de nutrients i oxigen, i que les cèl·lules estan en contacte i interaccionen entre elles.
Amb aquest microdispositiu, diuen els científics, es pot investigar els efectes de diferents molècules o danys diversos sobre la retina humana. L'equip també vol aplicar aquesta eina a l'estudi de la retinopatia diabètica, malaltia de la qual encara no es coneixen bé les causes i l’evolució.
En treballs previs, aquest mateix equip de l'Institut de Microelectrònica de Barcelona (IMB-CNM) del CSIC, ja havia creat un dispositiu que permet cultivar cèl·lules que formen la barrera hematoencefàlica; així com una càmera microfluídica que simula la microcirculació hepàtica (‘Liver on a Chip’) i que ha estat dissenyada i fabricada pels mateixos científics juntament amb investigadors de l'IDIBAPS.