Páncreas artificial en un chip
El islote termoplástico totalmente integrado en un chip fue diseñado para la fabricación escalable, la carga automatizada de islotes en canales paralelos, la estimulación sincronizada de nutrientes y la detección continua de insulina. Imagen: Cortesía de Michael Rosnach / SEAS

En un estudio dirigido por Kevin Kit Parker, de la Universidad de Harvard, las células beta productoras de insulina y microfluídicas se han integrado en un islote dentro de un chip que funciona como un páncreas artificial. Al combinar dos potentes tecnologías, los científicos llevan la investigación sobre diabetes a un nivel completamente nuevo.

El nuevo dispositivo, como describen en Lab on a Chip, facilita a los científicos la detección de células productoras de insulina antes de trasplantarlas a un paciente, así como probar compuestos estimulantes de esa hormona y estudiar la biología fundamental de la diabetes.

El diseño del islote dentro del chip se inspiró en el páncreas humano, en el que las islas de células (islotes) reciben un flujo continuo de información sobre los niveles de glucosa del torrente sanguíneo y ajustan su producción de insulina, según sea necesario.

Douglas Melton, profesor de biología regenerativa y células madre de la Universidad Xander y codirector del Instituto de Células Madre de Harvard (HSCI) afirma que “si queremos curar la diabetes, tenemos que restaurar la capacidad de una persona para producir y administrar insulina“.

Resultados del páncreas en tiempo real con el nuevo chip

“Las células beta -añade-, que se producen en el páncreas, tienen el trabajo de medir el azúcar y segregar insulina y, normalmente, lo hacen muy bien. Pero en pacientes con diabetes estas células no pueden funcionar correctamente. Ahora, podemos usar células madre para producir células beta saludables para ellos. Pero hay que estar seguro de que pueda funcionar sin problemas”.

Antes de trasplantar las células beta a un paciente, deben analizarse para ver si funcionan correctamente. El método actual para hacerlo se basa en la tecnología de la década de los años 70 del siglo pasado: dar glucosa a las células para provocar una respuesta de insulina, recoger muestras, agregar reactivos y tomar medidas para ver cuánta insulina hay en cada una.

El proceso manual tarda tanto en ejecutarse e interpretarse que muchos médicos lo abandonan por completo. Sin embargo, el nuevo ingenio en miniatura automatizado brinda resultados en tiempo real, lo que puede acelerar la toma de decisiones clínicas.

“Nuestro dispositivo organiza los islotes en líneas separadas, administra un pulso de glucosa a cada uno simultáneamente y detecta la cantidad de insulina producida“, explica Aaron Glieberman, coautor del artículo.

Más cerca de terapias celulares para la diabetes

El profesor Glieberman subraya que el nuevo dispositivo “combina la estimulación de glucosa y la detección de insulina en la misma ruta de flujo, por lo que puede brindar al clínico información procesable, rápidamente. El diseño también utiliza materiales que son susceptibles de fabricación a mayor escala, lo que significa que más personas podrán usarlo”.

El páncreas artificial en este chip permite a los médicos controlar cómo las células de los islotes donadas o fabricadas liberan insulina, como pueden hacerlo las células en el cuerpo, según el profesor Parker.

Este especialista en Bioingeniería y Física Aplicada de Harvard, detalla que “eso significa que podemos avanzar mucho hacia las terapias celulares para la diabetes. El dispositivo facilita la detección de fármacos que estimulan la secreción de insulina, permite probar las células beta derivadas de células madre y estudiar la biología fundamental de los islotes. No existe otro control de calidad tecnología que puede hacerlo tan rápido y con tanta precisión”, concluye.

La Oficina de Desarrollo Tecnológico de Harvard ha presentado solicitudes de patentes relacionadas con esta tecnología y está explorando las oportunidades de su comercialización.

Páncreas en un chip: ingenio fiable, rápido y más barato

Michael Roper, de la Universidad estatal de Florida y miembro del equipo de investigadores que ha desarrollado el dispositivo recuerda que “fue emocionante ver cómo el método de nuestro laboratorio para medir la función de los islotes se trasladaba de células individuales a grupos de células mucho más grandes e incorporarlo a un dispositivo que puede usarse ampliamente en la comunidad”.

“Ahora -explica- tenemos un dispositivo que integra el suministro de glucosa, la colocación y captura de islotes, la mezcla de reactivos y la detección de insulina. Además, requiere muchos menos reactivos. Por lo tanto, los laboratorios pueden usarlo para hacer más experimentos al mismo costo, utilizando un método mucho más corto y de fácil proceso“.

Además de su aplicación para la diabetes, el dispositivo es prometedor para su uso con otros tejidos y órganos. “Podemos modificar la tecnología central para detectar la función en una variedad de sistemas microfisiológicos -agrega Glieberman- y, con la capacidad de detectar las secreciones celulares de manera continua, queremos facilitar la exploración de cómo las células usan las señales de proteínas para comunicarse”.

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