Dispositivo simula tejidos humanos y ofrece una alternativa a la experimentación animal

Desarrollada en el Centro Nacional de Investigación en Energía y Materiales, la tecnología permite cultivar células en tres dimensiones y evaluar con mayor precisión la toxicidad de fármacos, nanomateriales y contaminantes

Agência FAPESP – Investigadores del Centro Nacional de Investigación en Energía y Materiales (CNPEM) de Brasil, desarrollaron una tecnología a escala microscópica para cultivar células en tres dimensiones (3D). El objetivo es realizar pruebas de toxicidad de nuevos productos, simulando de manera más fiel los organismos vivos.

La tecnología representa un avance para el desarrollo de medicamentos, la evaluación de la seguridad de materiales y las investigaciones en ecotoxicología (área que estudia el impacto de las sustancias en los ecosistemas), además de contribuir a reducir la experimentación animal. El dispositivo utiliza microfluídica, una tecnología que permite controlar con precisión el flujo de nutrientes, oxígeno y sustancias sometidas a prueba a escala microscópica, manteniendo modelos celulares tridimensionales más próximos a la estructura y al funcionamiento de los tejidos humanos. En comparación con los cultivos celulares convencionales, realizados sobre superficies planas, los modelos 3D ofrecen mejores respuestas sobre los efectos de fármacos, nanomateriales y contaminantes ambientales.

Fabricada en PDMS –un tipo de silicona maleable, transparente, biocompatible y de bajo costo–, la plataforma permite realizar múltiples experimentos de forma automatizada. Una de sus principales características diferenciales es su diseño reversible, que permite abrir el dispositivo después de los ensayos y recuperar los modelos celulares intactos para realizar análisis adicionales. De esta forma, amplía las posibilidades de investigar los mecanismos de acción de las sustancias evaluadas.

Publicado en julio en la revista científica ACS Measurement Science Au, el estudio se desarrolla en el marco del Centro de Investigación en Ingeniería Molecular para Materiales Avanzados (CEMol), un Centro de Investigación, Innovación y Difusión (CEPID, por sus siglas en portugués) financiado por la FAPESP en el CNPEM.

El trabajo presenta tres avances principales. El primero es el desarrollo de un protocolo experimental estandarizado, reproducible y fácil de utilizar, que permite a investigadores sin experiencia previa en microfluídica emplear la tecnología en ensayos celulares de rutina. La segunda característica diferencial es la posibilidad de recuperar los modelos celulares tridimensionales después de las pruebas para realizar análisis complementarios. Esta característica, poco común en las plataformas microfluídicas, permite investigar con mayor profundidad cómo interactúan los fármacos y los materiales con las células. El tercer avance es la realización de ensayos en condiciones de flujo continuo, reproduciendo de manera más fiel la circulación de nutrientes y moléculas observada en el organismo.

De esta manera, los resultados obtenidos en el laboratorio tienden a reflejar con mayor precisión el comportamiento de las sustancias en sistemas biológicos reales. “Desarrollamos un protocolo sencillo y reproducible, que permitirá que investigadores de diferentes áreas utilicen la plataforma. Además, la posibilidad de recuperar los modelos celulares después de los ensayos amplía significativamente los análisis que pueden realizarse”, explica a la Oficina de Prensa del CNPEM Iris Renata Sousa Ribeiro, investigadora posdoctoral vinculada al Laboratorio Nacional de Nanotecnología (LNNano-CNPEM) y primera autora del estudio.

El equipo trabaja ahora para poner la plataforma a disposición, hasta principios del próximo año, como infraestructura abierta para investigadores externos de universidades, institutos de investigación y empresas. El objetivo es ampliar su uso en estudios de farmacología, nanotecnología, ciencia de los materiales, biotecnología y ecotoxicología. “Queremos que investigadores de todo el país puedan utilizar esta tecnología para desarrollar ensayos de toxicidad más precisos y más próximos a las condiciones reales encontradas en los organismos vivos”, afirma Ribeiro.

El trabajo también recibió apoyo de la FAPESP mediante los proyectos 22/02378-0, 23/00246-1, 24/14758-7, 25/22142-9, 25/00614-6, 25/22280-2 y 25/26623-1.

El artículo Reversible microfluidic platform for spheroid culturing, downstream characterization, and dynamic anticancer susceptibility testing puede leerse en: pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmeasuresciau.6c00140.