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Científicos implantan hígados humanos en ratones para probar toxicidad de fármacos

Al momento de desarrollar un nuevo medicamento, éste debe pasar por una serie de pruebas para determinar su efectividad y toxicidad sobre nuestro organismo. El órgano encargado de metabolizar los fármacos para posteriormente ser eliminado es el hígado. Un grupo de científicos liderados por la Dr. Alice Chen del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han obtenido ratones ‘humanizados’ de manera sencilla y eficiente a través de la implantación directa de un hígado artificial humano. Este trabajo que apareció el día de hoy en PNAS facilitará y acelerará el desarrollo de nuevos fármacos.

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Sacar un fármaco a la venta es un trabajo sumamente largo y pesado. No basta con encontrar una sustancia con la capacidad de curar una enfermedad o matar una gente infeccioso, sino que este compuesto debe ser eficiente, inocuo, y en la medida posible, no debe generar efectos secundarios indeseados. Para esto, antes de ser probados en humanos, los fármacos son administrados en modelos biológicos como los ratones y los monos para poder analizar sus respuestas metabólicas y fisiológicas. Lamentablemente, la fisiología única del hígado humano hace que la toxicidad de ciertos compuestos no sea evidenciado en los ensayos previos con animales.

Los avances en la bioingeniería han permitido el desarrollo de unas plataformas vivas donde se pueden probar los fármacos. Sin embargo, estos dispositivos no dicen mucho acerca de sus propiedades farmacocinéticas, por ejemplo, el tiempo de retención en el organismo, su distribución hacia otros órganos o la vía más eficiente de administración (Ej. oral, intraperitoneal, muscular, intravenosa, etc.).

Por otro lado, gracias a la ingeniería genética y al trasplante de células humanas, se han logrado obtener ratones humanizados, los cuales ofrecen mejores resultados ya que sus respuestas fisiológicas son más parecidas a las nuestras. Sin embargo, el problema con estos animales es que para que no rechacen las células trasplantadas, su sistema inmunológico debe ser suprimido. Esto genera un problema de susceptibilidad a patógenos. Además, el tiempo que tardan en regenerar un órgano humano es sumamente largo (>2 meses) y muchas veces el animal no llega a vivir tanto tiempo como para terminar de hacer los estudios biológicos.

Lo que hicieron Chen et al. fue cultivar hepatocitos humanos junto a células del fibroblasto de ratones y los encapsularon con un polímero de diacrilato de polietilenglicol (DA-PEG) recubierto por células epiteliales hepáticas, tal como se muestra el la figura inicial B. Para mejorar la capacidad sintética y secretora de los hepatocitos encapsulados, los investigadores pusieron a la matriz de DA-PEG un péptido derivado de la fibronectina.

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Antes de trasplantar este hígado artificial en ratones (Figura inicial A), los investigadores hicieron pruebas para determinar si los genes involucrados con el metabolismo y desintoxicación de fármacos se encontraban activos. Los resultados fueron muy favorables, las isoformas CYP3A4, CYP1A2, CYP2D6, CYP2E1 y CYP2C de la familia de los citocromos P450 (CYP450) se lograron expresar. Estas enzimas están involucradas con el metabolismo de más del 90% de los medicamentos humanos.

Una vez demostrada la funcionabilidad del hígado artificial in vitro, Chen et al. procedieron a trasplantarlo en los ratones. Para ello insertaron a las células el gen de la luciferesa —una enzima capaz de generar bioluminiscencia— bajo el control del promotor de la albúmina. Como las células hepáticas producen albúmina también producirán la luciferasa gracias a que están regulados por el mismo promotor. Esto sirve para dos cosas: para saber si el hígado artificial trasplantado está en el lugar correcto y para ver hasta que momento sigue funcional —si ya no hay bioluminiscencia, el injerto habrá muerto.

Cuando analizaron los implantes a los 35 días de la operación, los investigadores observaron que los vasos sanguíneos del ratón habían logrado ingresar en el hígado artificial, lo que indica que el implante fue bien recibido por el animal. Los hígados artificiales sobrevivieron por más de tres meses y a partir del sexto día de haber sido implantados ya eran completamente funcionales, mucho más rápido que los 2 a 6 meses que tardaban usando las metodologías antiguas de humanización. Por otro lado, los investigadores demostraron que esta técnica puede ser empleada en distintas cepas de ratones sin la necesidad de estén inmunológicamente comprometidos.

Para determinar si estos ratones pueden ser usados como buenos modelos biológicos, Chen et al. administraron fármacos de los cuales se sabe que son metabolizados de distinta manera por los humanos y los ratones. Por ejemplo, la cumarina es convertida en 7-hidroxicumarina por el hombre y en cumarin-3,4-epóxido por los ratones. Cuando se le administró estos fármacos a los ratones humanizados con hígados artificiales, estos produjeron los mismos metabolitos y mostraron las mismas interacciones metabólicas que los hígados humanos.

Estos resultados indican que este tipo de ratones humanizados son útiles para estudiar la toxicidad de nuevos compuestos con fines terapéuticos y para determinar las interacciones entre dos o más fármacos administrados simultáneamente. Sin embargo, para poder usar este tipo de ratones de manera rutinaria tienen que haber muchos más estudios que garanticen la reproducibilidad de la técnica y, además, se debe realizar todo un trámite para cambiar las especificaciones que rigen actualmente los ensayos clínicos.


Referencia:

ResearchBlogging.orgAlice A. Chen, David K. Thomas, Luvena L. Ong, Robert E. Schwartz, Todd R. Golubd, & Sangeeta N. Bhatia (2011). Humanized mice with ectopic artificial liver tissues Proceedings of the National Academy of Sciences doi:10.1073/pnas.1101791108

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