Un estudi liderat per l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) descriu el desenvolupament d’un òrgan-en-un-xip que funciona com a model de la barrera hematoencefàlica humana. El sistema permet estudiar el funcionament d’aquesta barrera davant els fàrmacs i fer un cribratge dels més efectius, tot evitant els assajos amb animals. El dispositiu podria incorporar també cèl·lules de pacients per fer un estudi personalitzat de la malaltia.
La barrera hematoencefàlica te una important funció biològica ja que protegeix el cervell de possibles tòxics a la sang, subministra els nutrients als teixits cerebrals i filtra els compostos nocius del cervell de tornada al torrent sanguini. A més de totes aquestes funcions, també és una barrera fisiològica que impedeix que la gran majoria de fàrmacs arribin al cervell, fet que la converteix en un obstacle per al desenvolupament de fàrmacs efectius contra malalties neurodegeneratives.
La majoria dels mètodes tradicionals de cultiu cel·lular emprats per estudiar el comportament dels fàrmacs no reprodueixen adequadament la fisiologia dels pacients. D’altra banda, els models animals molt sovint no generen resultats comparables a la resposta en humans, a banda dels problemes ètics que es troben intrínsecament associats a l’experimentació animal.
En aquest sentit, les anomenades plataformes d’òrgan-en-un-xip (OoC de les sigles en anglès) es presenten com una excel·lent alternativa als mètodes d’estudi tradicionals, ja que permeten simular el funcionament d’òrgans humans específics a escala microscòpica. Aquests sistemes fan possible el cribratge de fàrmacs i l’estudi de malalties, oferint així la possibilitat d’evitar els assajos amb animals, de manera més ràpida i amb un cost més baix.
Un estudi recent de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) descriu el desenvolupament d’un òrgan-en-un-xip que funciona com a model de la barrera hematoencefàlica humana. El sistema permet estudiar el funcionament d’aquesta barrera davant els fàrmacs i fer un cribratge dels més efectius, tot evitant els assajos amb animals.
El sistema presentat és altament versàtil i obre la porta a l’estudi de processos patològics en el xip. Segons detalla la Dra. Anna Lagunas, investigadora de l’IBEC, i autora de la publicació, “el dispositiu és podria adaptar també a diferents tipus d’estudis que involucren la patologia del cervell humà, com és el cas de moltes malalties neurodegeneratives, en què la integritat de la barrera hematoencefàlica s’hi troba sovint compromesa. A més, si en el xip s’hi incorporessin per exemple, cèl·lules derivades de pacient, aquest permetria un estudi personalitzat de la malaltia.”
Així mateix, “les característiques físiques del dispositiu, el fan portable, fàcil d’emprar i podria sotmetre’s a la producció en massa i a l’automatització tant de les lectures òptiques com elèctriques per a una futura implementació industrial.” Explica la Dra. Mònica Mir, investigadora de l’IBEC i professora del Departament d’Enginyeria Electrònica i Biomèdica de la Universitat de Barcelona (UB), coautora de l’estudi.
El treball, publicat a la revista científica Journal of Nanobiotechnology, ha estat liderat per les Dres. Mònica Mir i Anna Lagunas, investigadores del grup de Nanobioenginyeria dirigit pel Josep Samitier de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC). Ambdues són membre del Centre de Recerca Biomèdica en Xarxa (CIBER-BBN). L’estudi també compta amb la participació de la , la Universitat de Barcelona, la Universitat de Xile i el Centre Avançat de Malalties Cròniques de Xile.
Com funciona aquest òrgan-en-un-xip?
El dispositiu està fabricat en un sistema microfluídic, que permet manipular i controlar fluids en una escala molt petita i analitzar mostres de petits volums.
Inclou un cultiu tridimensional de diferents tipus de cèl·lules d’origen humà que formen una estructura de barrera endotelial, que té la funció de separar la sang dels teixits adjacents. Aquesta estructura imita la barrera hematoencefàlica humana i presenta valors de permeabilitat més acurada que els models estàndard actuals.
El model incorpora també un sistema de microelèctrodes que permeten monitorar la integritat i permeabilitat de la barrera endotelial abans i després de l’administració de fàrmacs.
La Sujey Palma, estudiant de doctorat a l’IBEC i primera autora de l’estudi, celebra la feina feta: “Sens dubte és una plataforma amb molt de potencial per poder avaluar de manera adequada la permeabilitat de nous candidats terapèutics prometedors com els nanosistemes. També, un dispositiu així ens podria permetre estudiar com aquests nous sistemes poden afectar morfològicament i fisiològicament la barrera postadministració”
Per tal de validar el funcionament del xip, s’ha fet servir un sistema nanomètric per a l’alliberament de fàrmacs desenvolupat prèviament pel grup del Marcelo J. Kogan a la Universitat de Xile, coautors de l’article.
Es tracta d’unes nanopartícules d’or que, en primer lloc, faciliten la permeació del fàrmac a través de la barrera hematoencefàlica i, en segon lloc, s’uneixen a les anomenades fibres de beta amiloide, unes molècules que es formen en la malaltia d’Alzheimer, tot desagregant-les.
Article referenciat:
Sujey Palma-Florez, Adrián López-Canosa, Francisco Moralez-Zavala, Oscar Castaño, M.J. Kogan, Josep Samitier, Anna Lagunas & Mònica Mir. BBB-on-a-chip con micro-TEER integrado para la evaluación de permeabilidad de nanovarillas de oro multifuncionalizadas contra la enfermedad de Alzheimer. J Nanobiotechnol (2023). DOI: 10.1186/s12951-023-01798-2
