Nuevo dispositivo para fabricar piel humana in vitro

Unos investigadores han diseñado un biochip que simplifica el proceso de fabricación de piel in vitro en laboratorio y de otros tejidos complejos de múltiples capas. La piel humana modelada con este dispositivo se podría emplear para poner a prueba medicamentos y cosméticos, lo que reduciría el coste de estos ensayos preclínicos.

El avance es obra de un equipo de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M), ambas en España, así como de otras entidades colaboradoras.

Este biochip ya se había utilizado con éxito por investigadores de la UPM para albergar neuronas de invertebrados, demostrando su utilidad para acoger diferentes tipos de células y tejidos. Aquel estudio se publicó en la revista académica Biotechnology Journal. Ahora se ha demostrado con éxito su validez para modelos de piel tridimensional gracias a la colaboración conjunta de investigadores de la UPM y de la UC3M.

La idea original en la que se sustenta este chip es el uso de vinilo biocompatible y micromecanizado. “La mayor parte de los dispositivos microfluídicos de este tipo se realizan mediante fotolitografía, una técnica que puede ser de coste elevado, compleja, que requiere instrumental muy especializado y personal altamente cualificado. En cambio, la tecnología desarrollada conjuntamente por los dos grupos de investigación de ambas universidades es muy prometedora, barata, accesible y versátil, ya que se pueden modificar los diseños prácticamente a un coste cero”, explican los investigadores Pedro Herreros del grupo de Óptica, Fotónica y Biofotónica (GOFB-UPM) y del grupo de Organ-on-chips and in vitro detection del Instituto de Investigación Sanitaria del Hospital Clínico San Carlos (IDISSC) y Leticia Valencia del grupo de investigación Tissue Engineering and Regenerative Medicine-Integrative Biomedicine (TERMeG-INTEGRA) del Departamento de Bioingeniería e Ingeniería Aeroespacial de la UC3M.

El dispositivo permite el cultivo de piel in vitro en su interior. Está dividido en dos canales superpuestos separados por una membrana porosa: por el canal inferior, se simula el flujo sanguíneo; por el canal superior, se genera la piel que se nutre del medio de cultivo que fluye por el canal inferior a través de la membrana. “Todos los flujos son controlados por bombas de jeringa de gran precisión y el procedimiento se realiza en una sala de cultivo celular y ambiente estéril. Los biochips se incuban en una atmósfera controlada de humedad, con el 5 por ciento de CO2 y 37 grados de temperatura”, explica otro de los científicos que participa en esta línea de investigación, Ignacio Risueño, del Departamento de Bioingeniería e Ingeniería Aeroespacial de la UC3M.

Esta plataforma y las técnicas desarrolladas se han testado en una prueba de concepto que ha consistido en la generación de una piel tridimensional con sus dos capas principales. La dermis se ha modelizado con un hidrogel de fibrina proveniente de plasma humano, mientras que la epidermis se consigue con una monocapa de queratinocitos que se siembran sobre el gel de fibrina. Además, los investigadores han desarrollado un nuevo método para controlar la altura de la dermis que se basa en el flujo paralelo, una técnica que permite un proceso de deposición in situ de los compartimentos dérmico y epidérmico.

Este trabajo no tiene un objetivo clínico, sino que está orientado al reemplazo de modelos animales en el testeo de medicamentos y cosméticos, dado que estos ensayos podrían realizarse directamente en esta plataforma microfluídica. De hecho, existe una directiva europea por la cual no se permite fabricar en Europa productos cosméticos que hayan sido testados sobre animales e incentiva a la aplicación de las 3 erres (Reemplazar, Reducir y Refinar) en investigación animal.

“Aunque no tiene una implantación clínica directamente en un paciente, sí que permitiría realizar estudios sobre modelos personalizados de piel. Esto consistiría en tomar células a través de una biopsia de un paciente y generar el modelo de piel en el dispositivo microfluídico utilizando sus células. De esta forma, se podría comprobar de manera personalizada la respuesta de ese paciente en concreto a un tratamiento o medicamento”,  indican los investigadores.

Tanto el biochip como los protocolos desarrollados podrían extrapolarse a cualquier otro tejido complejo que tenga la misma estructura que la piel. Además, se podría utilizar para modelar de manera más sencilla tejidos consistentes en una sola monocapa de células, como ocurre en la mayoría de “órganos en un chip”. Este sistema de cultivo celular simula los principales aspectos funcionales de órganos vivos a una escala microscópica, lo que resulta de utilidad para el desarrollo de nuevos fármacos y una alternativa de menor costo que la experimentación con animales para estudios de toxicología y ensayos clínicos.

Los futuros retos radican en conseguir una piel madura, es decir, con una epidermis totalmente diferenciada, con todas sus capas. Además, se podría estudiar la integración de biosensores que permitan monitorizar en tiempo real el estado de la piel, así como probar este modelo como método de testeo.

En esta línea de investigación, que ha generado diversas publicaciones en Scientific Reports y otras revistas científicas académicas, participa personal investigador de la UPM, de la UC3M, del Laboratorio Cajal de la UPM y del Consejo Superior de Investigaciones Científicas, del Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT), del Instituto de Investigación Sanitaria del Hospital Clínico San Carlos y del Instituto de Investigación Sanitaria Gregorio Marañón, todas estas entidades en España.

Fuente: UPM