Dissenyen un nou model cardíac que permet estudiar amb més precisió els efectes dels fàrmacs sobre el cor

Investigadors de l'Institut d'Investigació Biomèdica de Bellvitge (IDIBELL) i de l'Institut de Microelectrònica de Barcelona (IMB-CNM-CSIC) han creat un nou model de teixit cardíac humà que permet estudiar amb més precisió els efectes dels fàrmacs sobre el cor. El sistema recrea millor l'estructura i el funcionament del teixit cardíac i incorpora una xarxa vascular que imita com els medicaments arriben a l'òrgan. Segons els investigadors, aquesta eina podria millorar l'avaluació de la cardiotoxicitat, reduir l'ús de models animals en la recerca biomèdica i evitar que fàrmacs prometedors es descartin prematurament per una sobreestimació dels seus efectes adversos sobre el cor. L'estudi s'ha publicat a 'Advanced Healthcare Materials'.

El desenvolupament de nous medicaments és un procés llarg, costós i amb una elevada taxa de fracàs: prop del 90% dels candidats a fàrmacs no superen el desenvolupament clínic. Una de les principals causes és la cardiotoxicitat, els efectes adversos que alguns compostos poden provocar al cor i que, en molts casos, no es detecten fins a fases avançades dels assajos.

Els models experimentals utilitzats actualment per estudiar aquesta toxicitat es basen principalment en cardiomiòcits, les cèl·lules especialitzades en la contracció cardíaca. Aquest enfocament, però, no reprodueix tota la complexitat del cor humà, ja que deixa fora altres tipus cel·lulars importants per a l'organització del teixit i tampoc permet imitar amb precisió com els medicaments arriben a l'òrgan a través de la circulació sanguínia.

Per superar aquestes limitacions, l'equip del Programa de Medicina Regenerativa de l'IDIBELL (RegenBell), liderat pel doctor Ángel Raya, i investigadors de l'Institut de Microelectrònica de Barcelona (IMB-CNM-CSIC) han desenvolupat un nou model basat en la tecnologia coneguda com a òrgan en un xip. Es tracta de dispositius microfluídics que permeten cultivar cèl·lules humanes en compartiments connectats per canals que reprodueixen, a petita escala, les condicions del teixit real.

Segons José Yeste, investigador de l'IMB-CNM i un dels autors de l'estudi, aquesta tecnologia "té potencial per reduir l'experimentació animal en els assajos preclínics, però també per millorar la fiabilitat dels models, ja que permet treballar amb cèl·lules humanes". Tot i això, ha apuntat que aquestes eines encara es troben en fase de recerca i que la seva aplicació industrial no està plenament consolidada.

Un model que reprodueix millor el teixit cardíac

El nou sistema integra tres tipus de cèl·lules cardíaques: cardiomiòcits, fibroblasts cardíacs i cèl·lules endotelials. Totes tres procedeixen d'una mateixa línia de cèl·lules mare humanes, un fet que, segons els investigadors, redueix la variabilitat genètica i facilita que les interaccions entre les cèl·lules s'assemblin més a les que es produeixen dins del cos.

El principal element diferencial és la incorporació de les cèl·lules endotelials, que formen la capa interna dels vasos sanguinis. Aquesta estructura permet que els fàrmacs no s'apliquin directament sobre el teixit cardíac, sinó que travessin primer una capa vascular, de manera més semblant al recorregut que segueixen quan arriben al cor a través de la circulació coronària.

"La incorporació de la capa endotelial fa que els fàrmacs s'administrin d'una manera més semblant a com arriben al cor en l'organisme", ha explicat Ángel Raya, coordinador del RegenBell i codirector de l'estudi.

Pel que fa al funcionament del dispositiu, la investigadora de l'IMB-CNM i codirectora de l'estudi, Rosa Villa, ha assenyalat que el xip està format per un sistema de canals microfluídics que permet el cocultiu organitzat de diferents tipus cel·lulars i el control del flux de nutrients i compostos. Aquesta arquitectura facilita estudiar el comportament de les cèl·lules en unes condicions més properes a les fisiològiques.

La capa vascular protegeix el teixit cardíac

Per validar el nou model, els investigadors han estudiat la seva resposta davant diferents fàrmacs, entre els quals la doxorrubicina, un quimioterapèutic àmpliament utilitzat i conegut pels seus efectes cardiotòxics.

Els resultats han mostrat diferències entre els models convencionals i el nou sistema amb tres capes cel·lulars. En els models sense capa endotelial, els cardiomiòcits han presentat un deteriorament estructural i funcional important. En canvi, quan el model incorpora cèl·lules endotelials, el teixit cardíac ha conservat en bona part la seva capacitat de contracció i la seva organització cel·lular.

Segons els investigadors, aquests resultats indiquen que les cèl·lules endotelials poden tenir un paper protector davant determinats efectes tòxics i que els models més simplificats podrien estar sobreestimant la toxicitat cardíaca d'alguns compostos.

Aquesta limitació podria contribuir al descart prematur de candidats terapèutics potencialment útils durant les fases preclíniques del desenvolupament de nous fàrmacs.