Un microchip del tama?o de un sello que emula al cerebro humano podr¨ªa acelerar los tratamientos para el alzh¨¦imer

Hablar de enc¨¦falos humanos en un chip suena a pel¨ªcula de ciencia ficci¨®n, como si fuera un artilugio que da vida a un c¨ªborg villano. No obstante, la doctora Raquel Rodrigues, ingeniera qu¨ªmica y biol¨®gica del Laboratorio Ib¨¦rico Internacional de Nanotecnolog¨ªa (INL) de Braga, considera que tal dispositivo ser¨ªa clave en el desarrollo de tratamientos m¨¢s eficaces para trastornos neurol¨®gicos graves, como es el alzh¨¦imer. ¡°El cerebro es un ¨®rgano muy complejo y enigm¨¢tico¡±, indic¨® Rodrigues. ¡°Se requieren componentes experimentales y la monitorizaci¨®n electr¨®nica de c¨¦lulas para entender su funcionamiento¡±.

Gracias a los fondos de la UE para la investigaci¨®n, Rodrigues y su equipo de investigadores del INL pudieron crear un microchip ¨²nico que imita al cerebro en el marco de BrainChip4MED, un proyecto de dos a?os de duraci¨®n que concluy¨® en febrero de 2024.

La investigaci¨®n tambi¨¦n ha constado de una comisi¨®n de servicios de 12 meses en el Hospital Brigham and Women¡¯s de la Facultad de Medicina de Harvard, pionero en el desarrollo de ¨®rganos en chips (OoC) y biosensores. Este ingenioso y diminuto dispositivo desarrollado por los investigadores se parece a los chips de los ordenadores o los tel¨¦fonos inteligentes, pero es mucho m¨¢s complejo.

El enc¨¦falo en un chip simula el funcionamiento del cerebro y combina la qu¨ªmica, la ingenier¨ªa y la biolog¨ªa para crear un complejo sistema de microbiosensores y poder efectuar el cribado en tiempo real de nuevas nanoterapias.

El chip presenta numerosos microcanales ¡ªcuyo tama?o es de entre decenas y cientos de micr¨®metros¡ª por los que pueden transitar l¨ªquidos y que funcionan con una tecnolog¨ªa denominada microflu¨ªdica. Esto permite analizar cantidades muy peque?as de un producto y examinar muchas muestras a la vez, lo que reduce el coste general de los ensayos.

La barrera protectora del cerebro

Uno de los objetivos principales de los investigadores era lograr desarrollar medicamentos capaces de atravesar lo que se conoce como barrera hematoencef¨¢lica. Esta capa de c¨¦lulas muy juntas entre s¨ª protege el cerebro de toxinas, g¨¦rmenes y dem¨¢s sustancias perjudiciales que podr¨ªan estar presentes en la sangre. ?nicamente las mol¨¦culas m¨¢s diminutas pueden atravesar esta barrera que separa el tejido cerebral del torrente sangu¨ªneo. Su funci¨®n protectora es important¨ªsima, pero tambi¨¦n ha frustrado los intentos de desarrollar f¨¢rmacos para tratar trastornos neurol¨®gicos.

Todo f¨¢rmaco destinado a tratar el cerebro debe atravesar esta membrana para alcanzar su objetivo. Pero, a falta de ensayos en humanos, existen pocos m¨¦todos adecuados para determinar si un medicamento podr¨ªa penetrar en el cerebro. ¡°Actualmente, solo hay disponibles en el mercado cuatro medicamentos para el alzh¨¦imer, y ninguno de ellos trata realmente la enfermedad, solo sus s¨ªntomas¡±, explica Rodrigues.

¡°Esto se debe a que la industria farmac¨¦utica tendr¨ªa que invertir grandes cantidades de dinero en f¨¢rmacos sin saber con certeza si atravesar¨ªan la barrera hematoencef¨¢lica. As¨ª que no lo hacen¡±, comenta. Las empresas farmac¨¦uticas podr¨ªan hacer inversiones millonarias en el desarrollo de un medicamento para descubrir que no puede atravesar esta barrera. Los fondos que la UE ha destinado a este nuevo chip simulador del cerebro desarrollado en el INL solucionan este problema.

Imitar la vida en un chip

El equipo de investigaci¨®n ha recreado la membrana de la barrera hematoencef¨¢lica en el chip con material bioorg¨¢nico. ¡°Eso es lo que distingue a nuestro trabajo¡±, declara Rodrigues. ¡°Utilizamos una biomembrana m¨¢s parecida a la barrera de nuestro cerebro. Otros dispositivos utilizan barreras f¨ªsicas, fabricadas con componentes polim¨¦ricos. Consideramos que una biol¨®gica es mejor¡±.

Con este nuevo y mejorado enc¨¦falo en un chip, los investigadores ser¨¢n capaces de inyectar medicamentos experimentales en el chip para analizar sus efectos y comprobar su capacidad de penetraci¨®n en el cerebro. El objetivo es modificar la manera en que se desarrollan este tipo de f¨¢rmacos. Actualmente, estas pruebas se llevan a cabo principalmente en animales, lo que acarrea una serie de inconvenientes ¨¦ticos y pr¨¢cticos. Este tipo de ¨®rganos en chips presentan una posible alternativa a la experimentaci¨®n en animales tradicional.

¡°El cerebro animal es distinto al cerebro humano¡±, coment¨® Rodrigues. ¡°Por eso, hay un gran n¨²mero de medicamentos en desarrollo que fracasan. Los resultados obtenidos en experimentos con animales no siempre se reproducen en el ser humano¡±. Hay mucho en juego. Los trastornos cerebrales son uno de los mayores problemas de salud que existen en la actualidad. Se estima que aproximadamente 165 millones de europeos padecen un trastorno cerebral. Una de cada tres personas sufrir¨¢ un trastorno neurol¨®gico o mental en alg¨²n momento de su vida.

Se calcula que el coste total para el presupuesto sanitario europeo es de 800.000 millones de euros al a?o, y se espera que aumente con el envejecimiento de la poblaci¨®n. Se trata de enfermedades neurodegenerativas muy conocidas, como el alzh¨¦imer o el p¨¢rkinson. Tambi¨¦n abarca trastornos como epilepsia, depresi¨®n, ictus, migra?as, trastornos del sue?o, lesiones cerebrales traum¨¢ticas, s¨ªndromes de dolor y adicciones.

Un gran paso adelante

El INL es un instituto de investigaci¨®n europeo l¨ªder cofinanciado por los Gobiernos de Portugal y Espa?a. Tambi¨¦n lo financian la UE y la industria. El doctor Manuel Ba?obre L¨®pez, director del grupo de investigaci¨®n de nanomedicina en el INL, supervisa el trabajo desarrollado para el nuevo chip. ¡°En el INL tenemos mucha experiencia en microflu¨ªdica, el campo que estudia el tipo de chips que desarrollamos en el proyecto BrainChip4MED¡±, explic¨® Ba?obre L¨®pez.

Sin embargo, Ba?obre advierte de que todav¨ªa habr¨¢ que esperar un poco m¨¢s antes de poder utilizar el enc¨¦falo en un chip. Aunque el prototipo ya est¨¢ listo, hay que perfeccionarlo. Tambi¨¦n debe someterse a pruebas rigurosas para asegurar que pueda utilizarse con f¨¢rmacos que se administrar¨¢n a pacientes humanos. Solo este proceso ya requiere a?os.

No obstante, los investigadores son optimistas. ¡°Tenemos que combatir el alzh¨¦imer, es una de las enfermedades neurol¨®gicas que m¨¢s problemas provoca en todo el mundo¡±, se?al¨® Rodrigues. ¡°Y, para eso, debemos descubrir nuevos f¨¢rmacos. Nuestra tecnolog¨ªa es un gran paso en esa direcci¨®n¡±.

La investigaci¨®n a la que hace referencia este art¨ªculo ha sido financiada a trav¨¦s de las Acciones Marie Sk?odowska-Curie (MSCA). Las opiniones de los entrevistados no reflejan necesariamente la de la Comisi¨®n Europea.

Art¨ªculo publicado originalmente en Horizon, la revista de investigaci¨®n e innovaci¨®n de la Uni¨®n Europea.