Innovación en tratamientos neurológicos

Hablar de encéfalos humanos en un chip suena a película de ciencia ficción, como si fuera un artilugio que da vida a un cíborg villano. No obstante, la doctora Raquel Rodrigues, ingeniera química y biológica del Laboratorio Ibérico Internacional de Nanotecnología (INL) de Braga, considera que tal dispositivo sería clave en el desarrollo de tratamientos más eficaces para trastornos neurológicos graves, como es el alzhéimer. “El cerebro es un órgano muy complejo y enigmático”, indicó Rodrigues. “Se requieren componentes experimentales y la monitorización electrónica de células para entender su funcionamiento”.

Gracias a los fondos de la UE para la investigación, Rodrigues y su equipo de investigadores del INL pudieron crear un microchip único que imita al cerebro en el marco de BrainChip4MED, un proyecto de dos años de duración que concluyó en febrero de 2024.

Colaboración internacional

La investigación también ha constado de una comisión de servicios de 12 meses en el Hospital Brigham and Women’s de la Facultad de Medicina de Harvard, pionero en el desarrollo de órganos en chips (OoC) y biosensores. Este ingenioso y diminuto dispositivo desarrollado por los investigadores se parece a los chips de los ordenadores o los teléfonos inteligentes, pero es mucho más complejo.

Simulación del cerebro en un chip

El encéfalo en un chip simula el funcionamiento del cerebro y combina la química, la ingeniería y la biología para crear un complejo sistema de microbiosensores y poder efectuar el cribado en tiempo real de nuevas nanoterapias.

El chip presenta numerosos microcanales —cuyo tamaño es de entre decenas y cientos de micrómetros— por los que pueden transitar líquidos y que funcionan con una tecnología denominada microfluídica. Esto permite analizar cantidades muy pequeñas de un producto y examinar muchas muestras a la vez, lo que reduce el coste general de los ensayos.

La barrera protectora del cerebro

Uno de los objetivos principales de los investigadores era lograr desarrollar medicamentos capaces de atravesar lo que se conoce como barrera hematoencefálica. Esta capa de células muy juntas entre sí protege el cerebro de toxinas, gérmenes y demás sustancias perjudiciales que podrían estar presentes en la sangre. Únicamente las moléculas más diminutas pueden atravesar esta barrera que separa el tejido cerebral del torrente sanguíneo. Su función protectora es importantísima, pero también ha frustrado los intentos de desarrollar fármacos para tratar trastornos neurológicos.

Todo fármaco destinado a tratar el cerebro debe atravesar esta membrana para alcanzar su objetivo. Pero, a falta de ensayos en humanos, existen pocos métodos adecuados para determinar si un medicamento podría penetrar en el cerebro. “Actualmente, solo hay disponibles en el mercado cuatro medicamentos para el alzhéimer, y ninguno de ellos trata realmente la enfermedad, solo sus síntomas”, explica Rodrigues.

“Esto se debe a que la industria farmacéutica tendría que invertir grandes cantidades de dinero en fármacos sin saber con certeza si atravesarían la barrera hematoencefálica. Así que no lo hacen”, comenta. Las empresas farmacéuticas podrían hacer inversiones millonarias en el desarrollo de un medicamento para descubrir que no puede atravesar esta barrera. Los fondos que la UE ha destinado a este nuevo chip simulador del cerebro desarrollado en el INL solucionan este problema.

Imitar la vida en un chip

El equipo de investigación ha recreado la membrana de la barrera hematoencefálica en el chip con material bioorgánico. “Eso es lo que distingue a nuestro trabajo”, declara Rodrigues. “Utilizamos una biomembrana más parecida a la barrera de nuestro cerebro. Otros dispositivos utilizan barreras físicas, fabricadas con componentes poliméricos. Consideramos que una biológica es mejor”.

Con este nuevo y mejorado encéfalo en un chip, los investigadores serán capaces de inyectar medicamentos experimentales en el chip para analizar sus efectos y comprobar su capacidad de penetración en el cerebro. El objetivo es modificar la manera en que se desarrollan este tipo de fármacos. Actualmente, estas pruebas se llevan a cabo principalmente en animales, lo que acarrea una serie de inconvenientes éticos y prácticos. Este tipo de órganos en chips presentan una posible alternativa a la experimentación en animales tradicional.

“El cerebro animal es distinto al humano”, comentó Rodrigues. “Por eso, hay un gran número de medicamentos en desarrollo que fracasan. Los resultados obtenidos en experimentos con animales no siempre se reproducen en el ser humano”. Hay mucho en juego. Los trastornos cerebrales son uno de los mayores problemas de salud que existen en la actualidad. Se estima que aproximadamente 165 millones de europeos padecen un trastorno cerebral. Una de cada tres personas sufrirá un trastorno neurológico o mental en algún momento de su vida.

Se calcula que el coste total para el presupuesto sanitario europeo es de 800.000 millones de euros al año, y se espera que aumente con el envejecimiento de la población. Se trata de enfermedades neurodegenerativas muy conocidas, como el alzhéimer o el párkinson. También abarca trastornos como epilepsia, depresión, ictus, migrañas, trastornos del sueño, lesiones cerebrales traumáticas, síndromes de dolor y adicciones.

Un gran paso adelante

El INL es un instituto de investigación europeo líder cofinanciado por los Gobiernos de Portugal y España. También lo financian la UE y la industria. El doctor Manuel Bañobre López, director del grupo de investigación de nanomedicina en el INL, supervisa el trabajo desarrollado para el nuevo chip. “En el INL tenemos mucha experiencia en microfluídica, el campo que estudia el tipo de chips que desarrollamos en el proyecto BrainChip4MED”, explicó Bañobre López.

Sin embargo, Bañobre advierte de que todavía habrá que esperar un poco más antes de poder utilizar el encéfalo en un chip. Aunque el prototipo ya está listo, hay que perfeccionarlo. También debe someterse a pruebas rigurosas para asegurar que pueda utilizarse con fármacos que se administrarán a pacientes humanos. Solo este proceso ya requiere años.

No obstante, los investigadores son optimistas. “Tenemos que combatir el alzhéimer, es una de las enfermedades neurológicas que más problemas provoca en todo el mundo”, señaló Rodrigues. “Y, para eso, debemos descubrir nuevos fármacos. Nuestra tecnología es un gran paso en esa dirección”.

La investigación a la que hace referencia este artículo ha sido financiada a través de las Acciones Marie Skłodowska-Curie (MSCA). Las opiniones de los entrevistados no reflejan necesariamente la de la Comisión Europea.

Artículo publicado originalmente en Horizon, la revista de investigación e innovación de la Unión Europea.