Un chip que simula al pulmón humano para estudiar los efectos de fumar

Todos sabemos desde hace mucho que fumar causa daños a la salud. Pero tenemos casos de gente que fuma por 70 o más años de su vida y muere por causas no imputables a esta adicción o bien, casos de gente que jamás ha fumado y que de pronto tiene un cáncer pulmonar intratable. Así, el problema de la adicción al tabaco debe verse en términos estadísticos para poder medir los daños que en realidad causa el fumar.

Por ello, científicos de Harvard han desarrollado un aparato que fuma cigarrillos en la misma manera que lo hacen los seres humanos y hacen que el humo del tabaco corra a través de un "pulmón en un chip" para modelar así los efectos que tiene el fumar en la salud.

En los últimos años, los científicos han sido capaces de recrear de forma precisa modelos de los órganos humanos, poniendo para ello tejidos vivos en chips, permitiendo así estudiar el efecto de las drogas y enfermedades sin tener que probar en animales o seres humanos.

Hay versiones de órganos-en-un-chip para simular corazón, pulmones, intestinos y placenta. Ahora un equipo en Harvard ha diseñado un dispositivo que fuma cigarrillos y manda el humo a través de chips que simulan las funciones del pulmón para examinar así cómo este hábito daña la salud.

Como ya dijimos, no es un secreto para nadie que el fumar causa daños, pero lo que parece difícil de hacer es estudiar sus efectos en la llamada EPOC (Enfermedad Pulmonar Obstructiva Crónica), una enfermedad que lleva a que sus víctimas tengan falta de aire pues sus bronquios están inflamados en sus pulmones.

El replicar cómo el humo del tabaco causa e incrementa los problemas pulmonares no puede hacerse en un disco de petri en donde se cultivan en general células pues éstas no pueden "respirar" las toxinas. Por otra parte, usar animales tampoco soluciona nada porque su respuesta muchas veces es diferente a la de los seres humanos.

Partiendo de que investigadores habían previamente hecho un chip que modelaba las células del corazón enfermas, para así poder estudiar nuevos tratamientos, con el mismo criterio, el año pasado un equipo en el Instituto Wyss en Harvard modeló los pulmones exhibiendo enfermedades como EPOC y asma. Con esto en las manos diseñaron una máquina que fuma cigarrillos de forma más humana, y el humo lo pasan a estos pulmones-en-chips para ver la interacción de forma más realista.

"Para poder traducir los patrones de respiración observados y el comportamiento del fumar dentro de los efectos biológicos, combinamos un chip que recibe el humo de una máquina que quema cigarrillos (los fuma) y un micro respirador que inhala y exhala pequeños volúmenes de humo del cigarrillo así como aire fresco. Esto se hace en intervalos programables emulando así el comportamiento real de alguien que fuma", explica Richard Novak, coautor del estudio.

Las células usadas en el modelo se aislaron de individuos que estaban sanos como de aquellos que sufren EPOC. Después de que ambas se expusieron de forma masiva al humo del tabaco, el equipo pudo estudiar entonces las diferencias entre los bronquios sanos y de aquellos que tienen EPOC.

"Identificamos una firma específica de EPOC comparando los cambios en la expresión genética en los chips con EPOC expuestos o no al humo, y restamos los cambios que vimos en chips hechos de células pulmonares sanas", dice Kambez H. Benam, el primer autor del estudio. "Este tipo de análisis podría darnos en el futuro biomarcadores, blancos específicos para ciertas drogas y posiblemente un enfoque más personalizado al EPOC en el futuro", indicó el investigador.

Con este conocimiento, los investigadores creen que pueden determinar los tipos de célula, las funciones celulares y los genes afectados por el fumar, y cómo esto varía entre pulmones sanos y aquellos afectados con EPOC.

"El poder de esta tecnología es que nos permite directamente analizar los efectos de un estímulo, en el caso de la exposición al humo, en los pulmones en donde bien podríamos pensar en un estudio pre-clínico", dice Donald Ingbere, investigador líder del proyecto. "Es difícil hacer un estudio clínico humano donde se comparen pacientes con historia de fumar contra aquellos que no fuman. Todos los pacientes tienen diferentes historias, antecedentes y patrones a la exposición de los estímulos".

Referencias: Wyss Institute at Harvard University, New Atlas