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DESARROLLO EN BARCELONA

Un músculo en un chip

Investigadores del Ibec crean un biorreactor que reproduce en miniatura el comportamiento de las células musculares

El dispositivo permitirá valorar la eficacia de los fármacos para enfermedades de manera personalizada

Antonio Madridejos

Javier Ramón, en su laboratorio del Instituto de Bioingeniería de Catalunya (Ibec).

Javier Ramón, en su laboratorio del Instituto de Bioingeniería de Catalunya (Ibec). / RICARD CUGAT

Investigadores del Instituto de Bioingeniería de Catalunya (Ibec) han creado un biorreactor o pequeño laboratorio que reproduce en miniatura el comportamiento de las células musculares de un paciente y permite probar en él la efectividad de los fármacos para tratar enfermedades. Las células colocadas en su interior crecen, se alimentan y responden a los medicamentos como si se encontraran en el cuerpo humano. Y todo ello en un único centímetro cuadrado.

El equipo se ha consagrado al estudio de la distrofia muscular miotónica, una enfermedad que puede ser invalidante y que afecta a una de cada 8.000 personas, aunque teóricamente el biorreactor podría emplearse para un gran abanico de dolencias musculares. Colegas internacionales ya han creado modelos similares para analizar tejidos pulmonares o del estómago, entre otros.

Javier Ramón, jefe del grupo de Biosensores para Bioingeniería del Ibec, explica que estos biorreactores permiten probar fármacos de forma eficaz y real -los tejidos se han obtenido a partir de células del paciente y tienen el mismo ADN- sin necesidad de usar animales de laboratorio y sin temer hipotéticos efectos adversos en personas reales. Si mueren las células, no pasa nada. Todo ello, además, con rapidez y manejabilidad. "La investigación de medicamentos es un proceso largo y muy costoso", recuerda Ramón.

Biorreactor para ensayar fármacos contra la distrofia muscular, desarrollado por investigadores del Ibec en Barcelona. / RICARD CUGAT

La primera fase del trabajo consiste en practicar una biopsia en la piel del paciente para extraer fibroblastos (células del tejido convectivo). A continuación se reprograman mediante la modificación de un gen y se convierten en células precursoras de músculo (mioblastos). "Así las podemos cultivar durante mucho tiempo -explica Ramón-. Luego, cuando les damos un fármaco específico, hacen el cambio a células musculares".

Que sea funcional

Una vez el tejido se integra en el biorreactor, los investigadores deben alimentarlo para que se mantenga vivo. Se le adiciona, por ejemplo, glucosa y proteínas de suero, así como oxígeno y dióxido de carbono, puesto que no hay vasos sanguíneos que puedan llevarlos. Al tratarse de un dispositivo aislado del exterior, todos los nutrientes y los fármacos que deben ser validados se introducen mediante unos miniconductos llamados canales de microfluídica diseñados por el propio Ibec. 

Estructuras en tres dimensiones

El biorreactor cuenta también como una base-andamiaje de gelatina y celulosa para favorecer que las células se anclen, se pongan una encima de otra y se acumulen en tres dimensiones. Este detalle es esencial puesto que, de lo contrario, se mantendrían en un cultivo plano y no reproducirían la realidad del músculo, dice Ramón: "Necesitamos un ambiente lo más parecido a lo que encontrarían en el cuerpo. Que puedan crecer y ser funcionales". El material es biocompatible y biodegradable, es decir, las estructuras desaparecen al cabo de unos pocos días. Si todo funciona con normalidad, las células empiezan a crecer, a fusionarse y al final forman los característicos miotubos musculares, "células largas que son las que tienen la actividad contráctil".

El dispositivo, finalmente, dispone de unos electrodos que aplican un campo eléctrico y que permiten observar cómo se contraen y expanden los tejidos. "Las células musculares no se mueven por sí mismas, necesitan unos electrodos debajo", dice. En cierto modo, lo que hacen los investigadores es reproducir de forma artificial lo que en el cuerpo humano harían las neuronas. 

Determinar la respuesta

Para determinar cómo responden las células a los fármacos y otros condicionantes externos, el objetivo es crear una serie de biosensores que medirán metabolitos que se segregan, proteínas clave como las interleucinas y las citocinas, "que son indicadoras de la salud del músculo". "Ello nos proporcionará información esencial para el análisis", insiste Ramón. 

El proyecto, llamado Músculo en un Chip (Muscle-on-a-Chip), ha contado para su desarrollo con el apoyo  de la Fundación La Caixa. Este año se ha presentado en la plataforma Giving Tuesday, donde permanecerá activo hasta el 31 de diciembre con la finalidad de recaudar los 25.000 euros en los que se ha valorado la realización de las últimas fases. "Si cumplimos con los objetivos de la financiación, las últimas fases del proyecto se podrían poner en marcha en enero de 2018 y, a finales de 2019, ya podríamos tener un prototipo funcional", concluye Javier Ramón.

Unos 50.000 afectados en España

La distrofia muscular miotónica DM1 o enfermedad de Steinert es la distrofia muscular más severa y frecuente en adultos, pues afecta a 1 de cada 8.000 adultos (en España se estiman unos 50.000 pacientes). Es una enfermedad neuromuscular hereditaria considerada rara y de incapacitación progresiva. El riesgo de heredar la enfermedad es del 50% cuando uno de los dos progenitores está afectado. En la actualidad no existe cura y su único tratamiento se basa en el alivio sintomático para mejorar la calidad de vida del paciente.

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