Órganos humanos en chips

 

Dispositivos microfluídicos alineados con células humanas vivas para el desarrollo de fármacos, el modelado de enfermedades y la medicina personalizada

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Este breve video explica cómo el diseño de los chips les permite emular funciones a nivel de órgano. Crédito: Instituto Wyss de la Universidad de Harvard

Nuestra Solución

Un equipo multidisciplinario de investigadores y colaboradores del Instituto Wyss ha adaptado los métodos de fabricación de microchips por computadora para crear "Organs-on-Chips" (Organ Chips): dispositivos de cultivo microfluídico que recapitulan las complejas estructuras y funciones de los órganos humanos vivos. Estos microdispositivos están compuestos por un polímero flexible transparente del tamaño de una memoria USB que contiene canales microfluídicos huecos revestidos con células de órganos humanos vivos y células de vasos sanguíneos humanos. Estas secciones transversales vivas y tridimensionales de órganos humanos proporcionan una ventana a su funcionamiento interno y los efectos que las drogas pueden tener en ellos, sin involucrar a humanos o animales.

Tomamos un avance que cambió el juego en la microingeniería realizado en nuestro laboratorio académico, y en solo un puñado de años, lo convertimos en una tecnología que ahora está lista para tener un gran impacto en la sociedad.

DONALD INGBER

Recorrido del producto

Donald Ingber,M.D., Ph.D., Director Fundador del Instituto Wyss, se inspiró para crear Organ Chips en 2007 después de ver una demostración de un "pulmón en un chip" que contenía canales del tamaño de las vías respiratorias pulmonares humanas pero sin células vivas. Cuando el estudiante que hizo ese trabajo, Dan Huh,más tarde se unió al laboratorio de Ingber como becario postdoctoral, Ingber los desafió a los dos a dar vida a la idea.

Se propusieron descubrir cómo crear un andamio molecular dentro de los canales microfluídicos que podrían soportar múltiples tipos de células vivas para recrear las interfaces de tejido que se encuentran en los sacos de aire pulmonares. Después de mucho ensayo y error, crearon con éxito un pulmón humano vivo en un chip y publicaron un artículo en Science al respecto en 2010.

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Vea en este video cómo se ha creado la pequeña vía aérea humana en un chip, cómo funciona y se puede usar para el descubrimiento de fármacos y biomarcadores. Crédito: Instituto Wyss de la Universidad de Harvard

Con el apoyo de subvenciones adicionales de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA), la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA) y los Institutos Nacionales de Salud (NIH), Ingber y su equipo en el Instituto Wyss desarrollaron más de quince modelos diferentes de Chips de Órganos, incluidos chips que imitan el pulmón,el intestino,el riñón y la médula ósea. También refinaron y validaron el potencial de impacto de Organ Chips al demostrar que Organ Chips podría replicar los efectos de los medicamentos existentes y ser utilizados para desarrollar nuevos medicamentos para enfermedades humanas. Además, el esfuerzo de DARPA apoyó la ingeniería de un instrumento que automatiza las operaciones de chips y une fluidamente múltiples chips de órganos para crear un "Body-on-Chips" que puede revelar cómo los medicamentos afectan a múltiples sistemas de órganos y predecir los cambios dinámicos en los niveles de medicamentos que ocurren en la sangre de pacientes humanos.

Impacto

Apenas cuatro años después de la publicación de su primer artículo que describe los chips de órgano vivos, un grupo de investigadores del Instituto Wyss lanzó Emulate, Inc. en 2014 para desarrollar y comercializar aún más la tecnología de chips de órganos, llevando estas importantes herramientas de investigación al mercado. Los Organ-Chips de Emulate se han instalado en más de 150 laboratorios, incluidas 17 de las 25 principales compañías biofarmacéuticas mundiales, utilizados por la FDA para estudiar la seguridad de las terapias y vacunas COVID-19, e incluso utilizados en experimentos enel espacio. A través de múltiples colaboraciones con compañías como AstraZeneca y Johnson & Johnson,organ-chips se están utilizando para identificar toxicidades específicasde la especie, lo que permite predicciones más precisas de los efectos de un medicamento en los seres humanos. Desde su lanzamiento, Emulate ha recaudado más de $ 200 millones en fondos, incluida una ronda serie E de $ 82 millones liderada por Northpond Ventures.

El Instituto Wyss ahora está utilizando organ-chips de Emulate para realizar investigaciones vitales sobre una amplia gama de enfermedades humanas y posibles tratamientos para ellas, incluidos COVID-19, influenza, desnutrición, exposición a la radiacióny fibrosis quística. Además, Organ Chips ha sido galardonado con el Premio al Diseño del Año 2015, adquirido por el Museo de Arte Moderno (MoMA) de la ciudad de Nueva York por su colección permanente, nombrado Top 10 Technology de 2016 por el Foro Económico Mundial, y presentado en museos de todo el mundo, incluido el Barbican Centre, Cooper Hewitt Smithsonian Design Museum, y el Museo de Diseño Martin-Gropius-Bau.

Mas información en Órganos humanos en chips (harvard.edu)

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  7/7 Dibujo de patente del diseño original de Lung-on-a-Chip.

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  1/7 Un sistema que vincula dos chips de barrera hematoencefálica (BBB) a un chip cerebral permite a los científicos estudiar cómo el cerebro y sus vasos sanguíneos se influyen mutuamente.

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  2/7 El Lung-on-a-Chip ofrece un enfoque in vitro para la detección de drogas al imitar los complicados comportamientos mecánicos y bioquímicos del pulmón humano.

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  3/7 Lung-on-a-Chip sentado en un microscopio, conectado a canales de vacío y flujo.

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  4/7 Los Organs-on-Chips son polímeros cristalinos y flexibles del tamaño de una tarjeta de memoria de computadora que contienen canales huecos fabricados utilizando técnicas de fabricación de microchips de computadora. Estos canales están revestidos por células y tejidos vivos que imitan la fisiología a nivel de órganos.

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  5/7 Escaneo de alta resolución de un Gut-on-a-Chip.

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  6/7 El intestino humano en un chip imita con precisión el microambiente bioquímico y mecánico del intestino humano, incluso expandiendo y contrayendo células epiteliales intestinales humanas cultivadas tal como lo harían rítmicamente dentro del intestino a través del proceso de peristalsis, como se ve aquí. Es una plataforma ideal para estudiar el intestino, el microbioma intestinal que prospera dentro de él, y para desarrollar nuevas terapias innovadoras para tratar infecciones y enfermedades del tracto intestinal.

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  7/7 Dibujo de patente del diseño original de Lung-on-a-Chip.

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  1/7 Un sistema que vincula dos chips de barrera hematoencefálica (BBB) a un chip cerebral permite a los científicos estudiar cómo el cerebro y sus vasos sanguíneos se influyen mutuamente.