El desarrollo de órganos en chip es una técnica biomédica emergente que, mediante principios de microingeniería, posibilita el cultivo de células vivas dentro de estructuras tridimensionales transparentes. Estos microdispositivos buscan reproducir la arquitectura, las funciones y los mecanismos fisiológicos de órganos reales, como pulmones, corazones o hígados. Su principal aplicación es la evaluación de tratamientos médicos y compuestos farmacológicos que aún se encuentran en fase experimental.
Uno de los materiales más empleados para la fabricación de estos dispositivos es el polidimetilsiloxano (PDMS), una silicona ampliamente utilizada por su transparencia, flexibilidad y facilidad de moldeado. No obstante, el PDMS presenta una limitación relevante: es hidrófobo. Esta característica dificulta que las células se adhieran de manera adecuada a la superficie del chip y reduzcan su capacidad para retener pequeñas moléculas. Como consecuencia, se pueden afectar tanto el desarrollo correcto de los cultivos celulares, como la concentración efectiva de los fármacos, lo que introducen sesgos en los ensayos.
De manera habitual, el PDMS se somete a tratamientos con luz ultravioleta o plasma para modificar su superficie y mejorar la adherencia celular. Sin embargo, estos procedimientos generan cambios temporales, lo que restringe la duración de los experimentos y limita su utilidad en estudios prolongados.
Para resolver este problema, el equipo de Mecanobiología de la Facultad de Ciencias de la UNAM propuso un método de modificación superficial de un solo paso que se ejecuta directamente dentro de los microcanales del dispositivo. Esta estrategia permite eliminar la repelencia al agua del PDMS durante un período más prolongado. El trabajo fue publicado en la revista científica Materiales sanitarios avanzados.
Un nuevo método para crear órganos en chip.
En una primera etapa, los investigadores alteraron las propiedades moleculares del PDMS mediante una técnica de oxidación basada en ozono, lo que permitió generar sitios de anclaje químicos en la superficie del material. Posteriormente, el PDMS fue expuesto a un reticulante heterofuncional denominado sulfo-SANPAH (SS), el cual facilita la unión covalente de proteínas de la matriz extracelular a la superficie del chip. La combinación de ambos procesos mejoró de manera significativa la capacidad del dispositivo para sostener cultivos celulares viables.
Para verificar la efectividad del tratamiento, el equipo realizó una serie de análisis fisicoquímicos empleando técnicas como espectroscopía FTIR (Transformada de Fourier por infrarrojo), espectroscopía Raman y espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS). A estos estudios se sumaron mediciones del ángulo de contacto y observaciones mediante microscopía electrónica. Los resultados confirmaron que la superficie del PDMS fue modificada de forma efectiva, reduciendo su hidrofobicidad y favoreciendo la interacción con las células.
En la fase final del estudio, los científicos evalúan el desempeño biológico del material tratado mediante la recreación parcial de un hígado dentro del chip. Para ello, utilizaron células endoteliales sinusoidales hepáticas humanas (LSEC), que recubren los vasos sanguíneos del hígado, así como hepatocitos, las células responsables de depurar la sangre y producir bilis.
Los ensayos demostraron que las células permanecieron adheridas al dispositivo durante al menos siete días, incluso bajo condiciones de flujo laminar, un tipo de movimiento del líquido que simula la circulación sanguínea. Además de mantenerse viables, las células muestran comportamientos fisiológicos característicos: los hepatocitos comenzaron a formar canalículos, pequeños conductos que el hígado emplea para transportar sustancias.
la UNAM sostiene que este desarrollo representa el primer hígado en chip de América Latina con un nivel de funcionalidad comparable al de los dispositivos utilizados en Estados Unidos. Genaro Vázquez Victorio, jefe del Laboratorio de Mecanobiología, subraya que “Lo más importante es que se trata de un protocolo accesible, que puede ser replicado por cualquier laboratorio. que busque alcanzar el mismo nivel de desempeño”.
El investigador destacó que se trata de un proyecto de investigación de frontera, cuyos resultados pueden sentar las bases para estudios futuros. Actualmente, el equipo colabora con el Instituto Nacional de Enfermedades Respiratorias en el desarrollo de un pulmón en chip, y con especialistas del Instituto Nacional de Ciencias Médicas y Nutrición Salvador Zubirán para crear un riñón en chip.
Vázquez Victorio señaló que la Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos planea eliminar gradualmente las pruebas farmacológicas en animales hacia 2030, una decisión que podría incrementar la demanda de modelos alternativos como los órganos en chip. En este contexto, la UNAM afirma que investigaciones como esta buscan desarrollar dispositivos con un nivel de funcionalidad comparable al de las farmacéuticas internacionales, con el objetivo de evitar el rezago tecnológico en México y abrir oportunidades de participación en estas líneas de desarrollo industrial.
