Olvídese de las pruebas con animales. Estos corazones humanos en miniatura, cultivados en el laboratorio, hacen que los medicamentos sean más seguros

La experimentación con animales no solo es cruel para ellos, sino también peligrosa para los humanos. Y ahí están las células madre

En la industria farmacéutica, el nombre Thalidomide hace que la columna se estremezca. La droga de fabricación alemana, una pastilla para dormir, probablemente segura para mujeres embarazadas, se lanzó en 1961 después de que se descubrió que causaba el nacimiento de más de 10,000 niños con discapacidades, que van desde extremidades malformadas hasta daño cerebral.

El escándalo de la talidomida fue un claro ejemplo de las catastróficas consecuencias que puede tener un cribado preclínico inexacto. Casi 60 años después, la ciencia finalmente encontró una solución. En la Conferencia de Farmacología de Seguridad en Washington, DC la semana pasada, la compañía de biotecnología de células madre Novoheart presentó una nueva tecnología diseñada para prevenir escándalos similares en el futuro.

Novoheart es conocido por crear “mini corazones”. Estos se logran tomando células de los pacientes y transformándolas en tejido cardíaco que luego se puede configurar en una bomba vacía que imita un corazón humano en miniatura.

Los mini corazones, también llamados cámaras organoides, se pueden usar para probar la toxicidad de los medicamentos antes de administrarlos a voluntarios humanos.

En Washington, Novoheart introdujo una tecnología que va un paso más allá: un sistema multiorganoide en el que los mini corazones se pueden apilar en paquetes de cuatro. Usando un sistema de biorreactor, los investigadores pueden monitorear los resultados de la detección de drogas en múltiples pilas simultáneamente, multiplicando el número de modelos probados en menos tiempo.

“En el nivel más básico, si el biorreactor monitorea una sola pila, puede tener una persona trabajando en los datos de los cuatro organoides al mismo tiempo”, dice el director científico de Novoheart, Kevin Costa. Entonces, expande significativamente la capacidad del sistema, lo que significa que podemos comenzar a estudiar el impacto de nuevos medicamentos en las poblaciones de organoides. “

Una investigación reciente publicada en la revista Bioengineering muestra que actualmente solo el diez por ciento de los medicamentos que ingresan a la primera fase de los ensayos clínicos, la fase que sigue a las pruebas realizadas en modelos no humanos, llegarán al mercado. En otras palabras, los medicamentos probados y validados en modelos no humanos rara vez son lo suficientemente seguros para el uso humano. La razón de esto, destacada por el estudio, es simplemente que los modelos utilizados en las pruebas preclínicas no reflejan lo suficientemente bien el cuerpo humano.

Estos modelos incluyen animales como hámsteres y ratones. Pero los corazones de los ratones, por ejemplo, laten de cinco a 14 veces por segundo, mientras que los corazones humanos laten aproximadamente una vez por segundo. Es fácil ver por qué un medicamento seguro para el corazón de un ratón podría ser peligroso para un ser humano.

Otros modelos utilizados en las pruebas preclínicas son los cultivos de células 2D: células humanas que se adhieren a vasos planos y crecen como una monocapa. Una vez más, los defectos de los cultivos de células 2D parecen bastante obvios, dado que las células humanas existen en un entorno tridimensional.

“En un cultivo de células 3D, las células están unidas entre sí, en lugar de estar unidas a una superficie plana”, dice Claudia Miranda, quien dirigió la investigación en la revista Bioengineering. “Esto les permite convertirse en capas de células que pueden organizarse y comenzar a formar estructuras de forma natural, como un mini-cerebro, por ejemplo. La etapa final del cultivo 3D es la formación de un organoide. “

La investigación que realizó con su equipo concluye que probar fármacos en organoides que se han desarrollado en cultivos celulares en 3D es mucho más eficaz que utilizar los modelos actuales.

Eso es lo que Novoheart espera hacer. La compañía implementa de manera efectiva el cultivo de células en 3D para crear un organoide cardíaco, utilizando una técnica desarrollada por los científicos John Gurdon y Shinya Yamanaka, quienes ganaron el Premio Nobel en 2012. La técnica, conocida como células madre pluripotentes inducidas (hIPSC), modela cómo las células embrionarias , llamadas células madre, se diferencian y se desarrollan para crear diferentes partes del cuerpo humano. Consiste en tomar una célula adulta normal y obligarla a volver al estado de célula madre.

Novoheart utiliza células sanguíneas extraídas de las donaciones de sangre de los pacientes y las reprograma en células madre mediante la tecnología hIPSC. Las nuevas células pueden diferenciarse y convertirse en células del músculo cardíaco, tal como lo hacen las células embrionarias, lo que eventualmente conduce a la formación del mini corazón. Según la compañía, un millón de células del músculo cardíaco pueden producir bandas de tejido cardíaco y diez millones pueden producir un mini corazón completo.

Los corazones pueden diseñarse para que estén sanos o pueden modificarse para reproducir ciertas enfermedades; el tejido puede dañarse, por ejemplo, para imitar un ataque cardíaco. También pueden reproducir, si es necesario, la enfermedad genética del paciente que donó la célula original. Todo esto contribuye a la generación de modelos que reflejan radicalmente más órganos humanos para el cribado preclínico de drogas.

Y con la tecnología de biorreactores de la empresa, esto podría tener importantes implicaciones para los productos farmacéuticos. El nuevo hardware permite que una cámara vea y monitoree el impacto de los medicamentos de prueba en cuatro corazones al mismo tiempo, todos independientes entre sí. Esto significa que, aunque los corazones están unidos en paquetes de cuatro, su reacción es autónoma. Por lo tanto, los investigadores podrían crear un paquete con corazones sanos en algunas habitaciones y enfermos en otras; o puede exponer un organoide a un medicamento en particular y administrar uno diferente en el resto del paquete.

Esto podría ampliar drásticamente el alcance de las mediciones: si anteriormente se necesitaba un científico por organoide para estudiar el efecto de un fármaco en particular, el sistema ahora podría medir repentinamente el efecto de varios fármacos diferentes en varios tipos diferentes de perfiles cardíacos. El biorreactor puede aumentar aún más la capacidad al monitorear simultáneamente múltiples pilas. Finalmente, un solo biorreactor podría procesar decenas o cientos de organoides.

Esto significa que se generarán más datos de prueba, y ahí es donde entra en juego el software Novoheart. La información de hardware medida también se ingresará en un algoritmo de IA para analizar cómo responden los organoides a las drogas.

“Las medidas que aparecen son increíblemente complicadas”, dice Costa. “Los investigadores pueden decidir analizar el efecto de un fármaco en particular mediante el análisis de innumerables parámetros (frecuencia cardíaca, presión, volumen) que son difíciles de comprender. Entonces, muchas veces, decidirán darle un significado enfocándose en solo unos pocos parámetros. “

Desde el volumen sistólico hasta la frecuencia cardíaca, la fracción de eyección o la presión desarrollada: la cantidad de información puede resultar abrumadora para los investigadores. El uso de IA puede cambiar esto instruyendo a una computadora para que procese todo el conjunto de datos y analice si los medicamentos presentan riesgos para el tejido cardíaco.

Los mini corazones desarrollados por Novoheart también podrían usarse como modelos para ayudar a desarrollar nuevos medicamentos. Actualmente, la empresa produce corazones con una rara enfermedad neuromuscular degenerativa llamada Ataxia de Friedreich, que provoca movimientos incontrolados de los músculos del corazón. Luego, las terapias se pueden probar en esos corazones modelo de una manera que no se puede realizar en pacientes humanos, y mucho menos en corazones de animales.

Lo crea o no, en el complejo mundo del experimento científico, encontrar un ratón afectado por la Ataxia de Friedreich es más difícil que emular un corazón humano en miniatura. Incluso si no lo fuera, es casi seguro que daría peores resultados.

“La revolución de los organoides está en camino”, dice Miranda. “Trabajar con células madre es complejo y requiere mucho tiempo, pero tan pronto como tengamos una forma eficaz de crear organoides a mayor escala, el objetivo de todas las empresas farmacéuticas será utilizarlos para la detección de drogas”.

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