Chip multiórgão pode simular o corpo de cada paciente

O novo chip de múltiplos órgãos tem o tamanho de uma lâmina de microscópio e permite a cultura de até quatro tecidos humanos, cuja localização e número podem ser adaptados à pergunta que está sendo feita. Esses tecidos são conectados por fluxo vascular, mas uma barreira endotelial permeável mantém seu nicho específico de tecido.
[Imagem: Kacey Ronaldson-Bouchard/Columbia Engineering]

Chip multiórgãos

Os organoides e órgãos em um chip despontaram nos últimos anos como uma das ferramentas mais poderosas para a ciência e a medicina porque, em vez de usar animais, que nem sempre têm as mesmas reações que os humanos, essas tecnologias permitem trabalhar diretamente com as células de cada paciente.

Agora, uma equipe de várias instituições desenvolveu um modelo de fisiologia humana na forma de um chip com múltiplos órgãos.

A primeira versão já contém coração, osso, fígado e pele, tudo na forma de tecidos humanos cultivados em laboratório, devidamente interligados por um fluxo vascular contendo células imunes circulantes, para permitir reproduzir funções orgânicas interdependentes.

Assim, em vez de um órgão em um chip, os pesquisadores contam agora com um chip no qual eles podem plugar e desplugar vários órgãos, tudo personalizado para cada paciente, do qual são coletadas as células para desenvolvimento de cada organoide.

Esquema do biochip, com cada compartimento contendo um mini-órgão desenvolvido em laboratório.
[Imagem: Keith Yeager/Columbia Engineering]

Terapias personalizadas

Como a progressão de uma doença e as respostas aos tratamentos variam muito de uma pessoa para outra, esse chip multiórgãos permitirá a otimização personalizada da terapia para cada paciente.

"Esta é uma conquista gigantesca para nós - passamos dez anos executando centenas de experimentos, explorando inúmeras grandes ideias e construindo muitos protótipos, e agora, finalmente, desenvolvemos esta plataforma que captura com sucesso a biologia das interações dos órgãos no corpo," disse a professora Gordana Vunjak-Novakovic, da Universidade de Colúmbia (EUA).

Os tecidos engenheirados tornaram-se um componente essencial para modelar doenças e testar a eficácia e segurança dos medicamentos diretamente em humanos. Contudo, um grande desafio vinha sendo modelar as funções do corpo e doenças sistêmicas com vários tecidos projetados que possam se comunicar fisiologicamente - assim como fazem no corpo.

E é essencial fornecer a cada tecido seu próprio ambiente, para que os fenótipos específicos do tecido possam ser mantidos por semanas a meses, conforme necessário para estudos biológicos e biomédicos. E, para deixar a coisa ainda mais complexa, os módulos de tecido precisam ser interconectados para facilitar sua comunicação fisiológica, o que é necessário para modelar condições que envolvem mais de um sistema de órgãos, sem sacrificar os ambientes individuais dos tecidos projetados.

O novo chip multiórgão personalizado para o paciente atende a ambas as condições.

Os tecidos cultivados no chip de múltiplos órgãos (pele, coração, osso, fígado e barreira endotelial, da esquerda para a direita) mantiveram sua estrutura e função específica após serem ligados pelo fluxo vascular.
[Imagem: Kacey Ronaldson-Bouchard/Columbia Engineering]

Da inflamação ao câncer

Inspirando-se em como o corpo humano funciona, a equipe construiu um primeiro protótipo interligando módulos de tecido cardíaco, fígado, osso e pele amadurecidos. O fluxo vascular circulante permite que órgãos interdependentes se comuniquem exatamente como fazem no corpo humano.

Os pesquisadores escolheram esses tecidos porque eles têm origens embrionárias, propriedades estruturais e funcionais distintamente diferentes e são afetados adversamente por medicamentos para o tratamento do câncer, apresentando um teste rigoroso da abordagem.

"Após dez anos de pesquisa sobre órgãos em chips, ainda achamos incrível que possamos modelar a fisiologia de um paciente conectando tecidos de tamanho milimétrico - o músculo cardíaco pulsante, o fígado metabolizador e a pele e os ossos funcionais que são cultivados a partir de células do paciente. Estamos entusiasmados com o potencial dessa abordagem. Ela foi projetada exclusivamente para estudos de condições sistêmicas associadas a lesões ou doenças e nos permitirá manter as propriedades biológicas de tecidos humanos manipulados juntamente com sua comunicação. Um paciente por vez, da inflamação ao câncer!" concluiu Novakovic.