Chip de tejidos humanos revela mecanismos de colonización metastásica

Científicos de la Escuela de Ingeniería de Columbia han creado un modelo humano en chip capaz de reproducir etapas críticas de la metástasis, incluida la invasión de células de cáncer de mama en tejidos óseos y pulmonares. El sistema, publicado en *Science Translational Medicine*, integra compartimentos separados con tejidos humanos de hueso y pulmón a escala milimétrica, conectados mediante un canal vascular funcional.

El desafío de modelar la metástasis humana

La mayoría de las muertes por cáncer no se deben al tumor primario, sino a la diseminación de células cancerosas a órganos distantes. Este proceso, conocido como metástasis, causa al menos dos tercios de los fallecimientos oncológicos. A pesar de décadas de investigación, los fármacos diseñados para prevenir o detener la progresión metastásica han obtenido resultados limitados. Una razón clave es la escasez de modelos humanos predictivos que permitan observar directamente el proceso y determinar por qué ciertos órganos resultan más vulnerables.

Los estudios en animales han aportado conocimientos relevantes, pero la biología de roedores no reproduce fielmente lo que ocurre en pacientes humanos. Esas diferencias podrían explicar por qué tratamientos prometedores en modelos animales frecuentemente fracasan en ensayos clínicos.

Cómo funciona el chip multiorgánico

El dispositivo contiene tejidos óseo y pulmonar humanos derivados de células madre pluripotentes inducidas (iPSC), junto con endotelio vascular. Cada tejido maduró en andamiajes específicos y biorreactores, manteniéndose funcional en compartimentos independientes. Un canal vascular con flujo continuo los conecta, mientras una barrera endotelial selectivamente permeable separa el flujo sanguíneo del tejido objetivo, replicando la estructura fisiológica real.

Las células de cáncer de mama se introdujeron en la circulación artificial y se observó su interacción con la barrera endotelial: adhesión, travesía, supervivencia en el tejido y establecimiento de patrones distintivos de colonización. Las células con tendencia natural a metastatizar al hueso colonizaron preferentemente el tejido óseo y causaron mayor degeneración. Las que muestran afinidad por el pulmón provocaron daño más acusado allí, mientras que su colonización del hueso fue moderada. Las diferencias en invasión tisular y en moléculas secretadas confirman que el sistema refleja fielmente la especificidad orgánica de la metástasis.

La preparación del terreno antes de la colonización

El chip también reprodujo un fenómeno previamente difícil de observar: la formación de nichos pre-metastásicos. Antes de que las células cancerosas ocupen plenamente un órgano distante, pueden liberar señales que modifican su microambiente y lo vuelven más receptivo a la invasión. El análisis de ambos compartimentos reveló evidencia de que las células de cáncer de mama condicionaban los tejidos óseo y pulmonar incluso antes de colonizarlos.

“El cáncer es muy inteligente, lamentablemente. Aprendimos cómo las células atraviesan las barreras para pasar de la circulación sanguínea a los tejidos”, afirmó Gordana Vunjak-Novakovic, profesora universitaria de Columbia University, catedrática Mikati de Ingeniería Biomédica y profesora de Ciencias Médicas (en Medicina). “También pudimos reproducir algo que ocurre en pacientes: las células cancerosas condicionan los tejidos diana, incluso antes de colonizarlos, para hacerlos más receptivos.”

Un modelo humano y personalizable

“La necesidad urgente de desarrollar modelos humanos de metástasis ha sido una motivación clave de nuestro estudio”, señaló Vunjak-Novakovic. “Nuestro objetivo fue analizar la capacidad de las células cancerosas para adherirse y atravesar el endotelio, así como determinar su capacidad de sobrevivir en los tejidos que colonizan mediante reprogramación celular y remodelación del nicho.”

El sistema acepta tanto células de pacientes como tejidos humanos ingenierizados, lo que permite investigar diferencias individuales en el comportamiento metastásico. Los investigadores pueden modificar un componente a la vez, examinar interacciones específicas de cada órgano y buscar vías moleculares que podrían convertirse en nuevos objetivos terapéuticos.

“Las ventajas clave de este modelo avanzado de metástasis son que es humano y puede ser específico del paciente”, destacó Vunjak-Novakovic. “Imita fielmente algunos aspectos clave de la metástasis humana que, de otro modo, son en gran medida inaccesibles para su estudio directo.”

Colaboración multidisciplinar y futuro preclínico

Vunjak-Novakovic dirige el Laboratorio de Células Madre e Ingeniería de Tejidos de Columbia, uno de los primeros centros en desarrollar sistemas microfisiológicos —conocidos como “órganos en chip”—. Estas plataformas miniaturizadas de tejido humano están diseñadas para modelar enfermedades y respuestas a fármacos en condiciones más realistas que los cultivos celulares convencionales.

El proyecto contó con la participación de investigadores del Centro Integral de Cáncer Herbert Irving de Columbia, entre ellos Andrea Califano, catedrático Clyde y Helen Wu de Biología Química y de Sistemas; Peter Sims, profesor asociado de Biología de Sistemas; y Hanina Hibshoosh, profesora de Patología y Biología Celular.

Ilaria Baldassarri, estudiante de doctorado en Ingeniería de Columbia y una de las autoras principales del estudio, explicó que esta plataforma demuestra cómo los nuevos métodos pueden aplicarse a uno de los rasgos más desafiantes del cáncer: la metástasis. “A medida que la FDA y los NIH ponen mayor énfasis en las nuevas metodologías, este estudio constituye un ejemplo concreto de cómo puede materializarse ese cambio en la práctica”, afirmó.

El artículo de referencia se titula “Colonización específica de órganos y remodelación del nicho en un modelo de tejido humano de metástasis”, publicado el 19 de agosto de 2026 en *Science Translational Medicine*. El DOI es 10.1126/scitranslmed.adv6871. La investigación recibió financiación del NIH/Instituto Nacional del Cáncer y de la Iniciativa Chan Zuckerberg.