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Un chip dentro de un ojo parpadeante es utilizado para modelar enfermedades y pruebas de drogas

La nueva creación tiene muchos de los beneficios de las pruebas en sujetos vivos, al tiempo que minimiza los riesgos y las preocupaciones éticas.

Un chip dentro de un ojo parpadeante es utilizado para modelar enfermedades y pruebas de drogas
Un ojo. / Pexels.com.
Un ojo. / Pexels.com.

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Sara Rada

Sara Rada

La autora, SARA RADA, es colaboradora de MUNDIARIO. Comunicadora social venezolana, ejerce como redactora creativa y productora audiovisual en distintos medios digitales internacionales. @mundiario

La última iteración de un ojo en un chip tiene un párpado mecánico para simular el parpadeo y se usó para probar un medicamento experimental para la enfermedad del ojo seco. Al incorporar células humanas en un andamiaje diseñado, este chip tiene muchos de los beneficios de las pruebas en sujetos vivos, al tiempo que minimiza los riesgos y las preocupaciones éticas.

Las personas que pasan ocho o más horas al día mirando la pantalla de una computadora pueden notar que sus ojos se cansan o se secan, y, si esas condiciones son lo suficientemente graves, eventualmente pueden desarrollar enfermedad del ojo seco (DED). DED es una enfermedad común con sorprendentemente pocas opciones de medicamentos aprobados por la FDA, en parte debido a las dificultades de modelar la fisiopatología compleja en los ojos humanos. Ingrese el parpadeo eye-on-a-chip: una réplica artificial del ojo humano construida en el laboratorio de investigadores de Penn Engineering.

Este chip en un ojo completo con un párpado parpadeante, está ayudando a los científicos y desarrolladores de medicamentos a mejorar su comprensión y tratamiento de la DED, entre otros usos potenciales. La investigación, publicada en Nature Medicine, describe la precisión del chip en el ojo como sustituto de un órgano y demuestra su utilidad como plataforma de prueba de drogas.

El estudio fue dirigido por Dan Huh, profesor asociado en el Departamento de Bioingeniería, y el estudiante de posgrado Jeongyun Seo.

El laboratorio de Huh se especializa en la creación chips en órganos que proporcionan plataformas in vitro de microingeniería para imitar a sus contrapartes in vivo, incluidos los proxies de pulmón y médula ósea lanzados al espacio este mayo para estudiar la enfermedad de los astronautas. El laboratorio ha pasado años afinando su chip en un ojo, lo que les costó el Premio Lush 2018 por su promesa en pruebas libres de animales de drogas, productos químicos y cosméticos.

En este estudio, Huh y Seo se centraron en diseñar un modelo de ojo que pudiera imitar un ojo sano y un ojo con DED, permitiéndoles probar un medicamento experimental sin riesgo de daño humano.

Para construir su chip en el ojo, el equipo de Huh comienza con un andamio poroso diseñado con impresión 3D, aproximadamente del tamaño de una moneda de diez centavos y la forma de una lente de contacto, en la que crecen células oculares humanas. Las células de la córnea crecen en el círculo interno del andamio, teñidas de amarillo, y las células de la conjuntiva, el tejido especializado que cubre la parte blanca de los ojos humanos, crecen en el círculo rojo circundante. Una losa de gelatina actúa como el párpado, deslizándose mecánicamente sobre el ojo al mismo ritmo que el parpadeo humano. Alimentado por un conducto lagrimal, teñido de azul, el párpado extiende secreciones artificiales de lágrimas sobre el ojo para formar lo que se llama una película lagrimal.

"Desde el punto de vista de la ingeniería, nos pareció interesante pensar en la posibilidad de imitar el entorno dinámico de un ojo humano parpadeante. El parpadeo sirve para esparcir las lágrimas y generar una película delgada que mantiene hidratada la superficie ocular. También ayuda a formar una refracción suave superficie para la transmisión de luz. Esta fue una característica clave de la superficie ocular que queríamos recapitular en nuestro dispositivo", dice Huh.

Para las personas con DED, esa película lagrimal se evapora más rápido de lo que se repone, lo que resulta en inflamación e irritación. Una causa común de DED es el parpadeo reducido que ocurre durante el uso excesivo de la computadora, pero las personas también pueden desarrollar la enfermedad por otras razones. El DED afecta a aproximadamente el 14 por ciento de la población mundial, pero ha sido notablemente difícil desarrollar nuevos tratamientos, con 200 ensayos clínicos farmacológicos fallidos desde 2010 y solo dos medicamentos actualmente aprobados por la FDA para el tratamiento.

El laboratorio de Huh ha estado considerando el potencial de prueba de drogas de los chips en los órganos desde su conceptualización inicial y, debido a su área de impacto a nivel de superficie, DED parecía el lugar perfecto para comenzar a poner a prueba su modelo de ojo. Pero antes de comenzar una prueba de drogas, el equipo tuvo que asegurarse de que su modelo realmente pudiera imitar las condiciones de DED.

"Inicialmente, las células corneales comienzan como una sola capa, pero se estratifican y forman múltiples capas como resultado de la diferenciación, que ocurre cuando estas células se cultivan en la interfaz aire-líquido. También forman uniones estrechas entre células y expresar un conjunto de marcadores durante la diferenciación ", dice Huh. "Curiosamente, descubrimos que las fuerzas mecánicas debidas al parpadeo en realidad ayudan a las células a diferenciarse más rápida y eficientemente. Cuando las células corneales se cultivaron bajo el aire en presencia de parpadeo, la tasa y el grado de diferenciación aumentaron significativamente en comparación con los modelos estáticos sin parpadear. Según este resultado, especulamos que las fuerzas fisiológicas inducidas por el parpadeo pueden contribuir a la diferenciación y el mantenimiento de la córnea".

En otras palabras, las células de la córnea humana que crecen en el andamio de los científicos se especializaron más rápidamente en sus trabajos particulares cuando el párpado artificial parpadeaba sobre ellas, lo que sugiere que fuerzas mecánicas como el parpadeo contribuyen significativamente a la función de las células. Estos tipos de avances conceptuales, junto con las aplicaciones de descubrimiento de fármacos, resaltan el valor multifacético que los órganos diseñados en un chip pueden contribuir a la ciencia.

Este chip de Huh y Seo todavía está sumergiendo sus pies en el campo de las pruebas de drogas, pero este primer paso es una victoria que representa años de trabajo refinando su ojo artificial para alcanzar este nivel de precisión y utilidad.  @mundiario