Tecnología inspirada en peces monitorea tejidos cardíacos humanos para fármacos y enfermedades

Un grupo de científicos ha creado una técnica innovadora que permite observar las contracciones de tejidos cardíacos humanos en miniatura cultivados en laboratorio sin necesidad de microscopios, lo que podría acelerar la investigación farmacéutica y disminuir la dependencia de experimentos con animales.

Esta tecnología se basa en detectar cambios minúsculos en la presión generados por los tejidos cardíacos durante su contracción en un medio líquido, lo que posibilita a los investigadores seguir su actividad en tiempo real de manera sencilla y no invasiva.

Funcionamiento del sistema biomimético inspirado en peces

Los tejidos, conocidos como organoides cardíacos, son modelos tridimensionales cultivados a partir de células humanas del corazón. Aunque no constituyen un corazón completo, reproducen la dinámica de contracción del músculo cardíaco y su respuesta a medicamentos, constituyéndose en una herramienta clave para el estudio de enfermedades cardíacas y la evaluación de nuevos tratamientos antes de las pruebas clínicas.

El uso de estos organoides se ha incrementado como alternativa a los modelos animales, ya que emplean células humanas y ofrecen resultados más representativos de la respuesta humana a fármacos, además de permitir su producción masiva y a menor costo.

Innovación para superar limitaciones técnicas en estudios cardíacos

Sin embargo, el análisis de estos organoides enfrenta desafíos técnicos porque la mayoría de los métodos actuales requieren microscopía y análisis de imágenes, procesos que consumen mucho tiempo, dificultan la ampliación para evaluar numerosas muestras y pueden comprometer la integridad y esterilidad de los tejidos al trasladarlos entre el cultivo y el microscopio.

Para superar estas dificultades, investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur, en colaboración con el Instituto Victor Chang de Investigación Cardiaca, desarrollaron un sistema denominado placa biomecánica con pozos (BWP, por sus siglas en inglés).

Medición de ondas de presión en lugar de imágenes

Este método difiere de las técnicas tradicionales al no capturar imágenes del movimiento del organoide, sino que detecta las ondas de presión generadas durante su contracción dentro del líquido. Los científicos comparan este mecanismo con las ondas que se forman en la superficie del agua al lanzar una piedra.

Sensores altamente sensibles registran estas pequeñas variaciones de presión y las convierten en señales eléctricas que pueden analizarse en tiempo real. La inspiración para esta tecnología proviene del "línea lateral" de los peces, un órgano sensorial que les permite percibir movimientos y cambios en la presión del agua que los rodea.

Aplicaciones y beneficios para la investigación médica

La profesora asociada Huang-Fong Fan, principal autora del estudio en la Universidad de Nueva Gales del Sur, explicó que el objetivo es ofrecer una herramienta más eficiente para el estudio de organoides humanos, superando las limitaciones de los métodos convencionales y los modelos animales.

Destacó que esta técnica posibilita medir directamente el rendimiento mecánico de los organoides sin necesidad de trasladarlos constantemente al microscopio, lo que acelera los experimentos y reduce el riesgo de contaminación.

Los investigadores consideran que una de las aplicaciones más relevantes es la aceleración del desarrollo de medicamentos, ya que permite observar la respuesta de los tejidos cardíacos a nuevos tratamientos inmediatamente después de su administración, facilitando la evaluación de su eficacia y la eliminación temprana de compuestos no prometedores.

Además, esta tecnología podría apoyar la medicina personalizada mediante el cultivo de organoides cardíacos a partir de células del propio paciente para probar distintos fármacos y seleccionar el tratamiento o la dosis más adecuada.

Perspectivas para ampliar el uso de la tecnología

El equipo señaló que esta técnica también puede contribuir a reducir la dependencia de ensayos en animales, dado que muchos medicamentos que funcionan en modelos animales no replican sus efectos en humanos, lo que subraya la necesidad de modelos basados en células humanas.

Aunque los resultados son prometedores, la tecnología se encuentra en desarrollo. Los científicos trabajan en aumentar la cantidad de muestras que pueden analizarse simultáneamente, mejorar la sensibilidad de los sensores y extender su aplicación a otros tipos de organoides, como tejidos nerviosos y musculares.

Los hallazgos de esta investigación fueron publicados en la revista Nature Sensors.