El sistema, desarrollado por el IBEC, está fabricado a partir de células de pacientes y es el primer modelo 3D de músculo capaz de reproducir el daño que provoca la distrofia muscular de Duchenne. El siguiente paso será fabricar una plataforma de órgano-en-un-chip que permita llevar a cabo estudios preclínicos de fármacos contra la enfermedad y monitorizar el daño muscular de manera más eficiente. El trabajo ha recibido financiación de Duchenne Parent Project España, una asociación sin ánimo de lucro dirigida por las familias de niños afectados por este tipo de distrofia.
La Distrofia Muscular de Duchenne (DMD) es la distrofia muscular más común diagnosticada durante la infancia, con alrededor de 20.000 casos nuevos cada año. Se trata de un desorden progresivo del músculo que causa la pérdida de su función de manera que los afectados terminan perdiendo totalmente su independencia y sufriendo problemas médicos graves, con una expectativa de vida promedio de 30 años.
La causa de la enfermedad es una mutación en el gen que codifica la distrofina, una proteína que amortigua el impacto de la contracción de los músculos en la membrana de las células. Debido a que la distrofina está ausente, las células musculares se dañan fácilmente.
En la actualidad, no existe una cura para la DMD y uno de los desafíos principales con los que se encuentra la comunidad investigadora es crear modelos artificiales que consigan recrear de manera eficaz el daño presente en los músculos de los pacientes, para poder estudiar nuevos tratamientos en el laboratorio.
Un estudio del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) publicado esta semana en la revista Biofabrication, describe el desarrollo de un modelo 3D de músculo que es capaz de reproducir el daño presente en el tejido muscular de las personas afectadas por la distrofia muscular de Duchenne.
El sistema, fabricado a partir de ingeniería de tejidos con células de pacientes, contiene fibras musculares capaces de contraerse al aplicar un estímulo eléctrico. Una característica esencial para crear un modelo artificial de músculo que permita llevar a cabo estudios preclínicos de fármacos para tratar la DMD.
El trabajo lo ha liderado Juanma Fernández Costa, investigador senior del IBEC, con Ainoa Tejedera Villafranca, estudiante de doctorado del IBEC, como primera autora. Ambos pertenecen al grupo de Biosensores para bioingeniería, liderado por el profesor de investigación ICREA Javier Ramón Azcón.
“Lo novedoso de este estudio es que hemos buscado modelizar la causa principal de la enfermedad, que es el daño del sarcolema, la membrana de las células musculares. Para nosotros era muy importante poder replicarlo en el laboratorio y lo hemos conseguido. No se había hecho antes”, comenta Juanma Fernández.
“Trabajamos mucho tiempo en diferentes protocolos hasta conseguir que apareciera ese daño en las células de pacientes, pero no en las de control, de personas sin Duchenne. Es delicado, porque si estimulas el músculo, puedes causar rotura de fibras también en las células sanas, igual que ocurre cuando hacemos deporte y tenemos agujetas”, añade Ainoa Tejedera.
El objetivo de los investigadores era conseguir un modelo que permitiera comprobar si los fármacos son capaces de revertir ese daño en las células. No atacar los síntomas, que es en lo que se centran los tratamientos paliativos, sino ir al origen de la enfermedad.
Aunque ya han testado algunos fármacos en este modelo, están trabajando en desarrollar un modelo mejorado, conocido como órgano-en-un-chip. Se trata de una plataforma más avanzada que añade sensores y un sistema de microfluídica al modelo de músculo 3D. Esto permitirá monitorizar el daño celular de forma más eficiente y testar diferentes moléculas o fármacos con mayor rapidez.
responding to electrical pulse stimulation.
La importancia de colaborar con los pacientes y sus familias
El trabajo, que forma parte de la tesis doctoral de Tejedera, ha recibido financiación de Duchenne Parent Project España (DPPE), una asociación sin ánimo de lucro creada y dirigida por madres y padres de niños con Distrofia Muscular de Duchenne y Becker.
Esta colaboración representa otra manera de hacer llegar la ciencia a la sociedad. En palabras de Fernández: “es un ejemplo fantástico de cómo los investigadores podemos hacer piña con los pacientes y sus familias para buscar objetivos comunes”.
Silvia Ávila, presidenta de la asociación, destaca que “Es un orgullo saber que hemos financiado un proyecto que puede acelerar el proceso de investigación, a través de la creación de un músculo artificial en un chip. Por un lado, reducimos el uso de animales en laboratorio y, por otro lado, acortamos el tiempo de convertir una posible terapia en realidad. Básico para esta enfermedad que va restando tiempo y calidad de vida a nuestros hijos».
Referenced article:
Ainoa Tejedera-Villafranca, Marisol Montolio, Javier Ramón-Azcón, and Juan M Fernández-Costa. Mimicking sarcolemmal damage in vitro: a contractile 3D model of skeletal muscle for drug testing in Duchenne muscular dystrophy. Biofabrication (2023). DOI: 10.1088/1758-5090/acfb3d
