La idea de un encéfalo humano en un chip puede sonar sacada de una película de ciencia ficción, pero lo cierto es que los avances en este campo podrían ser clave para el desarrollo de tratamientos más efectivos contra trastornos neurológicos graves como el alzhéimer. La doctora Raquel Rodrigues, ingeniera química y biológica del Laboratorio Ibérico Internacional de Nanotecnología (INL) de Braga, sostiene que este dispositivo es una herramienta prometedora en la lucha contra las enfermedades neurológicas. Según Rodrigues, “el cerebro es un órgano muy complejo y enigmático” y para entender su funcionamiento, “se requieren componentes experimentales y la monitorización electrónica de células”.
El proyecto BrainChip4MED y su impacto en los tratamientos de enfermedades neurológicas
Gracias a la financiación de la Unión Europea (UE), el equipo de investigación de Rodrigues desarrolló un microchip innovador que simula las funciones del cerebro en el marco del proyecto BrainChip4MED, un esfuerzo de dos años que concluyó en febrero de 2024. Durante este proyecto, el equipo también colaboró con el Hospital Brigham and Women’s de la Facultad de Medicina de Harvard, pioneros en el desarrollo de órganos en chips (OoC) y biosensores.
Este microchip es muy diferente a los tradicionales chips de ordenadores y teléfonos inteligentes. Su complejidad reside en la capacidad de simular las funciones cerebrales y utilizar tecnologías avanzadas de microbiosensores. “El encéfalo en un chip es capaz de realizar el cribado en tiempo real de nuevas nanoterapias” para su evaluación en ensayos clínicos.
¿Cómo funciona este chip y cómo mejora la investigación?
El chip desarrollado por el INL tiene microcanales de entre decenas y cientos de micrómetros, por donde circulan líquidos que permiten realizar análisis precisos de pequeñas cantidades de sustancias. Esta tecnología se conoce como microfluídica y permite evaluar múltiples muestras a la vez, lo que reduce los costos de los ensayos y optimiza el proceso de desarrollo de nuevos medicamentos.
La barrera hematoencefálica: un obstáculo en el tratamiento de trastornos neurológicos
Uno de los mayores desafíos en el desarrollo de medicamentos para enfermedades cerebrales es la barrera hematoencefálica, una capa de células muy densas que protege el cerebro de toxinas y sustancias dañinas en la sangre. Solo las moléculas más pequeñas pueden atravesar esta barrera, lo que ha limitado la eficacia de muchos tratamientos. “Actualmente, solo hay disponibles en el mercado cuatro medicamentos para el alzhéimer, y ninguno de ellos trata realmente la enfermedad, solo sus síntomas” explica la doctora Rodrigues.
El chip que recrea la barrera hematoencefálica
El equipo de investigación ha logrado recrear la barrera hematoencefálica en el chip utilizando material bioorgánico, lo que lo hace más similar a la barrera natural del cerebro humano. “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” explica Rodrigues. Esta tecnología permite a los investigadores probar medicamentos experimentales y evaluar su capacidad para atravesar la barrera y llegar al cerebro.
El futuro del desarrollo de medicamentos: ¿un sustituto para la experimentación en animales?
Actualmente, la mayoría de los ensayos clínicos para probar medicamentos se realizan en animales, pero estos estudios no siempre reflejan con precisión cómo respondería el cerebro humano. “El cerebro animal es distinto al cerebro humano. Por eso, hay un gran número de medicamentos en desarrollo que fracasan” añade Rodrigues. Este nuevo enfoque con órganos en chips podría ofrecer una alternativa ética y práctica a la experimentación animal tradicional, lo que cambiaría la forma en que se desarrollan los tratamientos.
Impacto global de los trastornos neurológicos y la importancia de este avance
Los trastornos cerebrales, incluidos el alzhéimer, el párkinson, la epilepsia, la depresión y otros problemas neurológicos, son algunas de las principales causas de enfermedad y discapacidad a nivel mundial. Se estima que aproximadamente 165 millones de europeos padecen alguna forma de trastorno cerebral, y una de cada tres personas sufrirá algún trastorno neurológico o mental en su vida. Los costos asociados a estos trastornos para los sistemas de salud europeos ascienden a 800,000 millones de euros al año y podrían aumentar debido al envejecimiento de la población.
Un paso importante hacia nuevos tratamientos para el alzhéimer
El INL es un instituto de investigación europeo, cofinanciado por los gobiernos de Portugal y España, la UE y la industria. El doctor Manuel Bañobre López, director del grupo de investigación en nanomedicina en el INL, ha supervisado el desarrollo del chip. “En el INL tenemos mucha experiencia en microfluídica, el campo que estudia el tipo de chips que desarrollamos en el proyecto BrainChip4MED” comenta Bañobre.
Aunque el prototipo del chip ya está listo, el dispositivo debe someterse a pruebas rigurosas antes de ser utilizado en humanos, lo que podría tardar varios años. Sin embargo, los investigadores son optimistas sobre su potencial para transformar el tratamiento de trastornos neurológicos, especialmente el alzhéimer. “Nuestra tecnología es un gran paso hacia el descubrimiento de nuevos fármacos”, concluye Rodrigues.
Este proyecto ha sido financiado a través de las Acciones Marie Skłodowska-Curie (MSCA), y las opiniones de los investigadores no reflejan necesariamente las de la Comisión Europea.
