Reproducen la barrera de la retina humana en un microchip microfluídico
El dispositivo contiene células vivas, reproduce la estructura y las condiciones fisiológicas de la barrera hematorretiniana y permite ensayos in vitro de fármacos y el estudio de enfermedades como la retinopatía diabética.
23/01/2018
Desde hace unos años se buscan alternativas para reducir el sufrimiento animal en investigación y acelerar los ensayos clínicos. El ensayo “in vitro” con células vivas es una alternativa, ya en uso, pero tiene limitaciones, ya que es difícil reproducir la interacción de unas células con otras. Para conseguir esto último, se trabaja en el desarrollo de sistemas que simulen y reproduzcan funciones de tejidos y órganos en condiciones muy parecidas a la realidad. Son los llamados ‘Organ-on-a chip’, que incluyen microambientes y microarquitecturas que simulan el estado de los tejidos y los órganos vivos.
Un equipo de científicos ha desarrollado un dispositivo microfluídico que reproduce la barrera hematorretiniana. Los investigadores son del Grupo de Aplicaciones Biomédicas (GAB) del Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM) del CSIC y también adscritos al CIBER-BBN; y del grupo de Diabetes y Metabolismo, del Vall d'Hebron Institut de Recerca (VHIR), del CIBERDEM-Instituto de Salud Carlos III y de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB).
El trabajo, que ha sido portada de la revista “Lab on a chip”, es lo que se denomina una “prueba de concepto”: se ha realizado para demostrar que la idea imaginada por los científicos funciona.
Reproduciendo la estructura de la barrera hematorretiniana
José Yeste, científico del CSIC en el IMB-CNM y en el Departamento de Microelectronica y Sistemas Electrónicos de la UAB, y primer autor del trabajo, explica que el microdispositivo está formado por varios compartimentos paralelos, en los cuales se han cultivado diferentes tipos de células para emular la estructura de capas celulares de la retina. Son células endoteliales (que forman la parte interna de la barrera, en contacto con los capilares sanguíneos, a través de los cuales llega a la retina oxigeno y nutrientes), células neuronales (que forman la neuroretina), y células epiteliales pigmentarias, que constituyen la capa exterior, barrera hematorretiniana externa.
Los compartimentos están intercomunicados entre sí en su parte inferior por una red de microsurcos, de forma que permite una comunicación intercelular a través del intercambio de moléculas señalizadoras entre células. Así, las células pueden enviar sus señales a las otras e interaccionar, de forma muy parecida a como lo harían en un organismo vivo. Además, el microdispositivo también permite someter las células endoteliales al estímulo mecánico inducido por el flujo para emular un microambiente más fisiológico.
Rosa Villa, que dirige el Grupo de Aplicaciones Biomédicas del Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM) del CSIC, explica: “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”.
Rafael Simó, que dirige el grupo de investigación en Diabetes y Metabolismo del Vall d'Hebron Institut de Recerca (VHIR), explica: "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 han evaluado la correcta formación de la barrera hematorretiniana realizando pruebas de permeabilidad, de resistencia eléctrica, así como la expresión de proteínas de las uniones estrechas entre células.
Estas pruebas tenían por objetivo comprobar que la barrera está bien formada, que se ha cerrado pero mantiene la permeabilidad natural, suficiente para permitir el paso de nutrientes y oxigeno, y que las células están en contacto e interaccionan entre ellas.
Con este microdispositivo, dicen los científicos, se puede investigar los efectos de diferentes moléculas o daños diversos sobre la retina humana. El equipo también quiere aplicar esta herramienta al estudio de la retinopatía diabética, enfermedad cuyas causas y evolución aún no están bien esclarecidas.
En trabajos previos, este mismo equipo del Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM) del CSIC, ya había creado un dispositivo que permite cultivar células que forman la barrera hematoencefálica; así como una cámara microfluídica que simula la microcirculación hepática (‘Liver on a Chip’) y que ha sido diseñada y fabricada por los mismos científicos juntamente con investigadores del IDIBAPS.