Los investigadores de ETH han combinado células embrionarias y células hepáticas en una nueva prueba de cultivo celular. Esta combinación les permite detectar los efectos adversos que pueden tener los nuevos medicamentos en los embriones en una etapa temprana del proceso de desarrollo del fármaco.

Los medicamentos deben ser seguros para las futuras madres y sus hijos por nacer. Antes de que las autoridades aprueben una nueva droga, debe ser probado en ensayos con animales en roedores preñados y, como una regla, conejos preñados. Los científicos del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Biosistemas de ETH Zurich en Basilea han desarrollado ahora una prueba que les permite examinar la embriotoxicidad de un fármaco en cultivos celulares en lugar de animales.

La nueva prueba aún no reemplaza las pruebas en animales que se requieren legalmente como parte del proceso de aprobación de medicamentos. Sin embargo, como el nuevo procedimiento es sencillo, rápido, y económico, los investigadores podrán utilizarlo en el futuro para probar una gran cantidad de candidatos a fármacos en una etapa temprana del proceso de desarrollo. Por tanto, las sustancias que son perjudiciales para los embriones se detectarán al principio del proceso de desarrollo del fármaco y no solo en los estudios de embriotoxicidad en ensayos con animales. Porque son tan caros Las pruebas en animales no se llevan a cabo hasta mucho más tarde en el proceso de desarrollo del fármaco con solo candidatos potenciales a fármacos cuidadosamente preseleccionados. A medida que la nueva prueba elimina los candidatos a fármacos que no han tenido éxito anteriormente, puede ayudar a reducir costos y reducir el número de experimentos con animales.

Prueba de cultivo celular con células madre

El nuevo procedimiento es una forma avanzada de prueba de células madre embrionarias, en el que las sustancias se prueban in vitro en los llamados cuerpos embrioides. Estos grupos tridimensionales de células se forman a partir de células madre embrionarias, en este caso, de un ratón, y se someten a las primeras etapas del desarrollo embrionario durante un período de diez días. No se pueden producir embriones viables a partir de estas células.

Dirigido por el profesor de ETH Andreas Hierlemann, el grupo de investigación ha ampliado ahora esta prueba de células madre embrionarias para incluir tejido hepático humano. "Hay una gran cantidad de sustancias que no son tóxicas en su forma original, pero puede ser transformado en sustancias adversas por el metabolismo humano, especialmente por el hígado, "explica Julia Boos, estudiante de doctorado en el grupo de Hierlemann y autor principal del estudio, que ha sido publicado en la revista Ciencia avanzada . En contraste con la prueba convencional de células madre embrionarias, la prueba desarrollada recientemente puede detectar sustancias de esta naturaleza.

Cuerpo en un chip

De principio a fin, la nueva prueba se lleva a cabo en su totalidad en un solo chip de cultivo celular, que está equipado con varios compartimentos. Los compartimentos contienen esferas de microtissue, formado a partir de células hepáticas humanas por el spin-off de ETH InSphero, y cuerpos embrioides, cultivado a partir de células madre de ratón. Los microtijos hepáticos y los cuerpos embrioides tienen un diámetro de aproximadamente medio milímetro y se colocan en diferentes compartimentos. que están conectados a través de microcanales para garantizar un intercambio de líquido constante entre los diferentes grupos de células.

"Somos los primeros en combinar directamente el hígado y las células embrionarias en un enfoque de cuerpo en un chip, "Boos dice. Así como el sistema circulatorio de una mujer embarazada vincula los procesos metabólicos en su hígado con los de su embrión en desarrollo, este sistema conectado asegura una interacción constante entre las células del hígado y las células embrionarias. "Los metabolitos creados por las células del hígado, incluidos los que son estables durante unos minutos, pueden actuar directamente sobre las células embrionarias, "Dice Boos. Ella explica que la combinación de los dos en un solo chip presenta una mejora con respecto a otras pruebas in vitro existentes, que investigan la metabolización de sustancias en el hígado por separado de los efectos que estos metabolitos tienen sobre las células embrionarias.

Boos continúa describiendo otra ventaja de la nueva prueba:"A diferencia de las pruebas en ratones vivos preñados, en nuestra prueba, las sustancias son metabolizadas por las células del hígado humano, en otras palabras, tal como lo estarían en el cuerpo humano cuando se administra el medicamento ". Señala que esto es relevante, ya que los humanos y los ratones tienen metabolismos diferentes.

Mayor desarrollo para pruebas de alto rendimiento

Los investigadores demostraron la eficacia de la nueva prueba con la ayuda de ciclofosfamida. Este fármaco quimioterapéutico prácticamente no tiene ningún efecto en su forma básica, pero el hígado lo transforma en una sustancia tóxica para las células. Se realizaron dos pruebas con ciclofosfamida:una incluyó la prueba recién desarrollada de hígado / cuerpo embrioide, y el otro involucró a los cuerpos embrioides solos sin micro tejidos hepáticos. Lo que revelaron estas pruebas fue que una concentración cuatro veces menor de ciclofosfamida era suficiente para tener un efecto adverso en el desarrollo de los cuerpos embrioides cuando el tejido hepático estaba presente en el mismo ambiente.

Ahora, los científicos deben perfeccionar aún más la prueba antes de que pueda aplicarse en el desarrollo de fármacos. Están prestando especial atención a los materiales que se utilizan en la prueba, además de qué tan bien se pueden automatizar los procedimientos. La automatización sería necesaria si la industria farmacéutica u otros investigadores pudieran implementar la prueba a gran escala para el cribado de alto rendimiento de candidatos a fármacos. Además, Los científicos desean desarrollar una prueba que utilice células madre humanas reprogramadas (conocidas como células iPS) en lugar de células madre de ratón. Luego, tendrían una prueba in vitro basada enteramente en tejido humano.