Desarrollan un 'chip' que imita a la médula ósea y puede ser utilizado en investigación

Publicado 28/01/2020 11:39:59CET
Esta imagen inmunofluorescente muestra los múltiples tipos de células que se desarrollan dentro del chip de la médula ósea humana (magenta: células eritroides, amarillo: megacariocitos, azul: otras células hematopoyéticas)
Esta imagen inmunofluorescente muestra los múltiples tipos de células que se desarrollan dentro del chip de la médula ósea humana (magenta: células eritroides, amarillo: megacariocitos, azul: otras células hematopoyéticas) - WYSS INSTITUTE AT HARVARD UNIVERSITY

MADRID, 28 Ene. (EUROPA PRESS) -

Investigadores del Instituto Wyss de la Universidad de Harvard (Estados Unidos) han desarrollado un 'chip' que imita a la médula ósea humana, replicando efectivamente las respuestas de toxicidad inducidas por medicamentos y radiación observadas en pacientes humanos en dosis clínicamente relevantes. Así, se pueden investigar estas circunstancias sin tener que estudiarlas en humanos.

El chip también replica los defectos de formación de células sanguíneas vistos en pacientes con un trastorno genético raro, y predice correctamente la existencia de una anormalidad previamente desconocida en la médula de esos pacientes.

La médula ósea produce unos 500.000 millones de células sanguíneas nuevas cada día, aproximadamente el equivalente al número de estrellas que se cree que hay en la Vía Láctea. Sin embargo, ser tan prolífica tiene un precio: las intervenciones médicas que tienen como objetivo interrumpir el crecimiento y la diferenciación celular, como las quimioterapias y la radiación, pueden afectar a la médula ósea, causando graves efectos secundarios como anemia, hemorragias graves y aumento de las infecciones.

Los intentos para entender y reducir la toxicidad en la médula ósea se han visto obstaculizados por su inaccesibilidad, ya que la única manera de estudiar eficazmente el tejido de la médula viva es tomar biopsias invasivas y dolorosas de los huesos de los pacientes.

"Los cultivos tradicionales 'in vitro' de células de médula ósea a menudo no predicen cómo se comporta nuestra médula ósea cuando se expone a fármacos hematotóxicos, incluso cuando esos cultivos se tratan en concentraciones y plazos que coinciden con los experimentados por los pacientes reales. A diferencia de los métodos de cultivo clásicos, este 'chip' proporciona un microambiente fisiológicamente más preciso y permite una dosificación dinámica de los fármacos, lo que podría explicar por qué nuestro modelo es un mejor predictor de las respuestas de toxicidad inducidas por fármacos", explica David Chou, líder del estudio, que se ha publicado en la revista 'Nature Biomedical Engineering'.

DEL TAMAÑO DE UN USB

El chip es del tamaño de un USB y está hecho de goma de silicona transparente, con dos canales huecos y paralelos separados por una membrana permeable. El canal superior está lleno de células progenitoras de médula ósea derivadas de pacientes humanos (células CD34+) y células estromales derivadas de médula ósea incrustadas en un gel matriz para imitar la naturaleza tridimensional del tejido de la médula, mientras que el canal inferior está revestido con células endoteliales humanas para imitar los vasos sanguíneos que permean la médula. Un medio líquido que apoya el crecimiento de las células CD34+ y su diferenciación en una plétora de diferentes tipos de células sanguíneas se hace fluir a través del canal vascular para alimentar a las células de la médula ósea y eliminar los desechos.

Los investigadores cultivaron el 'chip' durante hasta 28 días, y compararon el estado de las células en el 'chip' con las células CD34+ que fueron cultivadas en cultivos de suspensión estática o cultivos de gel estáticos en una placa en múltiples puntos de tiempo. El 'chip' mejoró la supervivencia de las células progenitoras CD34+ y apoyó el crecimiento y la diferenciación de glóbulos blancos y rojos durante un período de tiempo más largo que los otros dos métodos. Además, algunos de los glóbulos blancos más maduros migraron del canal de la médula al canal vascular del 'chip', lo que imita el comportamiento de estas células en la médula viva.

El equipo también usó el chip de médula ósea para investigar el mecanismo de acción del fármaco AZD2811, que sería difícil de estudiar en humanos sin realizar una biopsia de médula ósea poco después de la infusión del fármaco. Observaron que la exposición a AZD2811 disminuyó selectivamente el número de precursores de células sanguíneas en división inmaduras, mientras que el número de glóbulos rojos y blancos más maduros se mantuvo esencialmente inalterado, lo que confirmó una hipótesis preexistente sobre cómo el fármaco afecta a las células de la médula ósea.

El 'chip' fue entonces expuestos a una radiación gamma ionizante similar a la que los pacientes de cáncer pueden ser expuestos durante la radioterapia, que es otra causa potencial de daño a la médula ósea, y una vez más mostraron la toxicidad apropiada en dosis de radiación relevantes para el ser humano. Estos resultados resaltan cómo el chip de médula ósea puede ser usado para estudiar los efectos de la radiación en la médula ósea humana, así como buscar formas novedosas de mitigar la lesión inducida por la radiación, que el equipo está explorando actualmente.

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