Los sistemas vinculados fisiológicamente mejoran las pruebas preclínicas de drogas, dicen los investigadores de Harvard-TAU
La Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos (FDA) aprueba solo el 13.8% de todos los medicamentos probados, y estos números son aún más bajos en enfermedades "huérfanas" que afectan a relativamente pocas personas.
Parte del problema radica en la naturaleza imperfecta de las pruebas preclínicas de drogas que tiene como objetivo excluir los efectos tóxicos y predeterminar las concentraciones y las rutas de administración antes de que los candidatos a drogas puedan ser probados en personas. La forma en que los nuevos medicamentos se mueven dentro del cuerpo humano y cómo se ven afectados por él, y cómo los medicamentos afectan al cuerpo mismo, no se puede predecir con suficiente precisión en estudios in vitro con animales y estándar.
"Para resolver este problema de cuello de botella preclínico masivo, necesitamos ser mucho más efectivos para preparar el escenario para medicamentos que son realmente prometedores y descartar otros que por varias razones pueden fallar en las personas", explica el profesor Donald Ingber, MD, Doctor. , director fundador del Instituto Wyss de Ingeniería Biológica de la Universidad de Harvard, coautor de dos nuevos estudios sobre el tema publicados en Nature Biomedical Engineering el 27 de enero de 2020.
Co-dirigido por el Dr. Ben Maoz del Departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Tel Aviv y la Escuela de Neurociencia de Sagol y más de 50 colegas, un equipo de científicos de TAU y Harvard ha ideado un funcionamiento integral de múltiples órganos en un chip (Organ chip) plataforma que permite eficaz in-vitro -a-- in-vivo de la traducción (IVIVT) de la farmacología de drogas humano.
"Esperamos que esta plataforma nos permita cerrar la brecha en las limitaciones actuales en el desarrollo de medicamentos al proporcionar un sistema práctico, confiable y relevante para probar medicamentos para uso humano", dice el Dr. Maoz, coautor de ambos estudios y ex Becario de Desarrollo de Tecnología en el Instituto Wyss en los equipos del Prof. Ingber y el Prof. Kevin Kit Parker, Ph.D., el último de los cuales también es uno de los principales autores de ambos estudios.
En el primero de dos estudios, los científicos desarrollaron el "Interrogador", un dispositivo robótico de transferencia de líquidos para unir "Chips de órganos" individuales de una manera que imita el flujo de sangre entre los órganos del cuerpo humano.
Los chips de órganos son dispositivos microfluídicos compuestos de un polímero flexible transparente del tamaño de una memoria USB que contiene dos canales huecos paralelos separados por una membrana porosa y perfundidos independientemente con medios específicos del tipo de célula. Mientras que uno de los canales, el canal parenquimatoso, está revestido con células de un órgano humano específico o una estructura de órgano funcional, el otro está revestido con células endoteliales vasculares que presentan un vaso sanguíneo. La membrana permite que los dos compartimentos se comuniquen entre sí e intercambien moléculas como las citocinas y los factores de crecimiento, así como los medicamentos y productos farmacológicos generados por actividades metabólicas específicas del órgano.
Luego, el equipo aplicó su plataforma de vinculación automática Interrogator y un nuevo modelo computacional que desarrollaron en tres órganos vinculados para probar dos medicamentos: nicotina y cisplatino.
"La modularidad de nuestro enfoque y la disponibilidad de múltiples chips de órganos validados para una variedad de tejidos para otros enfoques humanos de Body-on-Chip ahora nos permite desarrollar estrategias para hacer predicciones realistas sobre la farmacología de los medicamentos de manera mucho más amplia", dice el profesor. Ingber "Su uso futuro podría aumentar en gran medida las tasas de éxito de los ensayos clínicos de fase I".
Los investigadores modelaron con precisión la absorción oral de nicotina y la absorción intravenosa de cisplatino, un medicamento de quimioterapia común, y su primer paso a través de órganos relevantes con predicciones altamente cuantitativas de los parámetros farmacocinéticos y farmacodinámicos humanos.
"Las concentraciones máximas calculadas de nicotina resultantes, el tiempo necesario para que la nicotina alcance los diferentes compartimentos de tejido y las tasas de eliminación en las chips de hígado en nuestro modelo in vitro in silico reflejaban lo que se había medido en pacientes", concluye el Dr. Maoz
El proyecto de investigación multidisciplinario es la culminación de un proyecto de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) en el Instituto Wyss. Varios autores de ambos estudios, incluido el Prof. Ingber, son empleados y tienen capital en Emulate, Inc., una compañía que surgió del Instituto Wyss para desarrollar comercialmente la tecnología Organ Chip.
