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5.2. Dispositivos microfluidicos
La incorporación de canales microfluídicos, que
regulan la microcirculación del medio nutritivo a los
sistemas 3D, constituye un paso decisivo para controlar la
difusión de oxígeno y nutrientes a las células a través del
soporte compuesto por materiales biocompatibles
sintéticos o naturales (6,9). Las uniones con la MEC
acentúan la reorganización de los componentes del
citoesqueleto celular para el anclaje, generan rutas inter e
intracelulares específicas de segundos mensajeros y
regulan la expresión génica a largo plazo (6). Por otra
parte, los co-cultivos constituyen una mayor aproximación
a la anatomía y fisiología hepáticas. Además, la
combinación del co-cultivo de células hepáticas
(hepatocitos/CNPs, células HepG2/C3A, HepaRG/células
estrelladas), con la mirocirculación y gradiente de difusión
fisiológico de fármacos, oxígeno, nutrientes y residuos, ha
permitido desarrollar diversas platformas hepáticas. estas
plataformas reproducen la complejidad de la arquitectura
y la zonación de los sinusoides hepáticos que son
funcionales y estables durante varias semanas para
estudios toxicológicos y clínicos (9, 65,66). Una ventaja
decisiva de estos sistemas es la posibilidad de diseñar y
ajustar la velocidad del flujo así como las concentraciones
de los fármacos en el medio y reproducir diferentes
situaciones fisiológicas en sangre tales como los estados de
ayuno, postprandial o el ciclo circadiano de las hormonas
(67-70).
5.3. Plataformas liver-on-a-chip
La complejidad del hígado se ha reducido a la
simplicidad de dispositivos que recrean a microescala las
funciones del hígado durante varios días (71). Tosh y
colaboradores (72) han desarrollado un biochip hepático
conocido como Hepa Tox Chip con canales microfluídicos
compartimentalizados por donde circula el medio de
cultivo que perfunde las células inmovilizadas en
colágeno. El futuro nos reserva otras plataformas de mayor
complejidad y potencial, como la bioimpresión de tejidos y
órganos donde confluyen las técnicas de impresión 3D, la
biología celular y molecular (73). Se están desarrollando
equipos que depositan células y nutrientes sobre
estructuras sencillas en archivos numéricos que emplean
materiales biocompatibles que actúan como soportes o
armazones para su colonización por células, generando una
estructura que realiza las funciones fisiológicas del hígado. mecanismos de hepatotoxicidad de fármacos y su
El soporte podría ser biodegradable para que pudiera ser
sustituido por células gradualmente hasta desaparecer una
vez cumplida su función de soporte. La bioimpresión de
tejido hepático se puede realizar en diferente formato
como placas de cultivo o chips. Sin embargo, esta
tecnología todavía se enfrenta a varios retos. Aunque es
posible cultivar hepatocitos diferenciados, el problema es
que éstas no se dividen y, por tanto, es muy limitada la
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posibilidad de colonizar estructuras de gran tamaño. La
solución para el futuro consistiría en emplear hepatocitos
derivados de células madre iPS (74). Por tanto, la
bioimpresión 3D es una tecnología emergente muy
prometedora que se aproxima a la composición real del
hígado incluyendo los tipos celulares relevantes y su
arquitectura.
6. CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS FUTURAS
Los recientes avances en el desarrollo de modelos
hepáticos experimentales unido a las nuevas tecnologías
ómicas abren nuevas y prometedoras perspectivas para
estudios de toxicidad pre-clínica en las fases iniciales del
descubrimiento de fármacos Se han diseñado estrategias
para recrear in vitro el microentorno in vivo de las células
hepáticas (características mecánicas, microcirculación,
difusión de oxígeno y nutrientes, interacción célula-célula
y célula-biomatriz extracelular) con la finalidad de mejorar
y prolongar la funcionalidad hepática. En este contexto, los
cultivos 3D y los diseños microfluídicos unidos a los co-
cultivos de hepatocitos con otros tipos celulares son muy
prometedores para predecir de forma fiable el metabolismo
y la hepatotoxicidad de fármacos en el hombre (6,8,23, 29,
75).
La identificación de pacientes con una mayor
predisposición a la hepatotoxicidad por un determinado
fármaco, es un problema pendiente de solución, como lo es
explicar el caso clínico concreto de daño hepático en un
paciente por un determinado fármaco. Los modelos
animales no son capaces de reproducir el fenómeno de
hepatotoxicidad idiosincrásica y por tanto no nos permiten
anticipar su riesgo en el hombre. Por tanto, la posibilidad
de generar modelos hepáticos con expresión “a la carta”
de los enzimas de biotransformación es una estrategia
innovadora para predecir fenotipos metabólicos de riesgo y
para estudios de idiosincrasia metabólica. Los hepatocitos
derivados de células pluripotentes humanas son modelos
emergentes que pueden proporcionar una fuente ilimitada,
estable y personalizada de hepatocitos derivados de
pacientes singulares para estudios de toxicidad
idiosincrásica.
Finalmente, la integración de las tecnologías ómicas y
el desarrollo de estrategias multiparamétricas permitirán
identificar biomarcadores y biofirmas predictivas de los
traslación a la clínica (Figura 5) (25, 39, 26). La
genómica, transcriptómica, preoteómica y las más reciente
metabolómica y citómica constituyen nuevas y eficaces
aproximaciones tecnológicas para realizar estudios
toxicológicos mecanísticos (76). Actualmente no hay
ninguna duda de que la toxicología in vitro es un área muy
prometedora para abordar estudios mecanísticos
considerados clave hoy día para evaluar adecuadamente el
riesgo de toxicidad de fármacos.
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