IE, 21/01/2023
Segurando o potencial para permitir avanços na descoberta de drogas.
Trazer uma nova droga para o mercado custa bilhões de dólares e pode levar mais de uma década. Esses altos investimentos monetários e de tempo são fortes contribuintes para os crescentes custos de saúde de hoje e obstáculos significativos para o fornecimento de novas terapias aos pacientes. Uma grande razão por trás dessas barreiras são os modelos de laboratório que os pesquisadores usam para desenvolver drogas em primeiro lugar.
Ensaios pré-clínicos, ou estudos que testam a eficácia e toxicidade de um medicamento antes de entrar em ensaios clínicos em pessoas, são conduzidos principalmente em culturas de células e animais. Ambos são limitados por sua fraca capacidade de imitar as condições do corpo humano. As culturas de células em uma placa de Petri são incapazes de replicar todos os aspectos da função do tecido, como a forma como as células interagem no corpo ou a dinâmica dos órgãos vivos. E os animais não são humanos – mesmo pequenas diferenças genéticas entre espécies podem ser amplificadas para grandes diferenças fisiológicas.
Menos de 8% dos estudos bem-sucedidos em animais para terapias contra o câncer chegam aos ensaios clínicos em humanos. Como os modelos animais geralmente falham em prever os efeitos dos medicamentos em ensaios clínicos em humanos, essas falhas em estágio avançado podem aumentar significativamente os custos e os riscos à saúde do paciente.
Para resolver esse problema de tradução, os pesquisadores desenvolveram um modelo promissor que pode imitar mais de perto o corpo humano – órgão em um chip.
Como químico analítico, tenho trabalhado para desenvolver modelos de órgãos e tecidos que evitem a simplicidade das culturas celulares comuns e as discrepâncias dos modelos animais. Acredito que, com mais desenvolvimento, os órgãos em chips podem ajudar os pesquisadores a estudar doenças e testar drogas em condições mais próximas da vida real.
O que são órgãos em chips?
No final da década de 1990, os pesquisadores descobriram uma maneira de colocar polímeros elásticos em camadas para controlar e examinar fluidos em nível microscópico. Isso lançou o campo da microfluídica, que para as ciências biomédicas envolve o uso de dispositivos que podem imitar o fluxo dinâmico de fluidos no corpo, como o sangue.
Os avanços na microfluídica forneceram aos pesquisadores uma plataforma para cultivar células que funcionam de maneira mais próxima de como funcionariam no corpo humano, especificamente com órgãos em chips. O “chip” refere-se ao dispositivo microfluídico que envolve as células. Eles geralmente são feitos usando a mesma tecnologia dos chips de computador.
Os órgãos em chips não apenas imitam o fluxo sanguíneo no corpo, mas essas plataformas também possuem microcâmaras que permitem aos pesquisadores integrar vários tipos de células para imitar a diversidade de tipos de células normalmente presentes em um órgão. O fluxo de fluido conecta esses vários tipos de células, permitindo que os pesquisadores estudem como elas interagem umas com as outras.
Essa tecnologia pode superar as limitações de culturas de células estáticas e estudos em animais de várias maneiras. Primeiro, a presença de fluido fluindo no modelo permite imitar o que uma célula experimenta no corpo, como recebe nutrientes e remove resíduos, e como uma droga se move no sangue e interage com vários tipos de células. A capacidade de controlar o fluxo de fluido também permite que os pesquisadores ajustem a dosagem ideal para um determinado medicamento.
O modelo de pulmão em um chip, por exemplo, é capaz de integrar as qualidades mecânicas e físicas de um pulmão humano vivo. É capaz de imitar a dilatação e contração, ou inalação e exalação, do pulmão e simular a interface entre o pulmão e o ar. A capacidade de replicar essas qualidades permite que os pesquisadores estudem melhor o comprometimento pulmonar em diferentes fatores.
Trazendo órgãos-em-chips para escala
Embora o órgão-em-chip ultrapasse os limites da pesquisa farmacêutica em estágio inicial, a tecnologia não foi amplamente integrada aos canais de desenvolvimento de medicamentos. Acredito que um dos principais obstáculos para a ampla adoção desses chips seja sua alta complexidade e baixa praticidade.
Os atuais modelos de órgão em um chip são difíceis de usar para o cientista comum. Além disso, como a maioria dos modelos é de uso único e permite apenas uma entrada, o que limita o que os pesquisadores podem estudar em um determinado momento, eles são caros e demorados e trabalhosos para implementar. Os altos investimentos necessários para usar esses modelos podem diminuir o entusiasmo em adotá-los. Afinal, os pesquisadores costumam usar os modelos menos complexos disponíveis para estudos pré-clínicos para reduzir tempo e custo.
Reduzir o nível técnico para fazer e usar órgãos-em-chips é fundamental para permitir que toda a comunidade de pesquisa aproveite ao máximo seus benefícios. Mas isso não requer necessariamente a simplificação dos modelos. Meu laboratório, por exemplo, projetou vários chips de tecido “plug-and-play” que são padronizados e modulares, permitindo que os pesquisadores montem facilmente peças pré-fabricadas para realizar seus experimentos.
O advento da impressão 3D também facilitou significativamente o desenvolvimento de órgãos em um chip, permitindo que os pesquisadores fabricassem diretamente modelos inteiros de tecidos e órgãos em chips. A impressão 3D é ideal para prototipagem rápida e compartilhamento de design entre usuários e também facilita a produção em massa de materiais padronizados.
Acredito que os órgãos em chips têm o potencial de permitir avanços na descoberta de medicamentos e permitir que os pesquisadores entendam melhor como os órgãos funcionam na saúde e na doença. Aumentar a acessibilidade dessa tecnologia pode ajudar a tirar o modelo do desenvolvimento no laboratório e deixar sua marca na indústria biomédica.
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Fonte:https://interestingengineering.com/health/organs-on-chips-drug-discovery
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