Tumor-en-un-chip: ¿El ocaso de la experimentación en animales?

Alberto Martín Asensio (PhD Student, IMDEA Nanociencia)

El cáncer, esa terrible enfermedad de la que tanto sabemos y desconocemos por igual. Durante las últimas décadas, el rápido avance de la ciencia y la tecnología ha permitido y motivado que científicos de todas las ramas de la ciencia, desde biólogos hasta matemáticos, se junten para buscar diferentes tratamientos (medicamentos, nanopartículas e incluso nanorobots) que permitan combatir lo que supone una de las principales causas de mortalidad en todo el mundo [1–4].

Experimentación in vivo

La gran variedad de terapias que han surgido en los últimos años suponen grandes promesas y una fuente de esperanza para muchos. La gran mayoría han dado muy buenos resultados en pruebas de laboratorio (llamadas experimentos in vitro), pero… ¿Cómo sabemos que de verdad va a funcionar en un paciente? ¿Es realmente seguro? ¿Qué efectos secundarios pueden provocar? Estas y muchísimas otras preguntas no pueden responderse sólo con experimentación in vitro, y es por ello que la comunidad científica ha tenido que recurrir a la experimentación en animales (in vivo) [5–7].

Figura 1: Proceso de validación y diseño de nuevos tratamientos que se pretende implementar antes de que lleguen a los ensayos clínicos tras el desarrollo de nuevos modelos de simulación. Imagen extraída de [6].

Antes de que un tratamiento pueda estudiarse en humanos (los llamados ensayos clínicos) debe pasar toda una serie de pruebas in vivo. Esta experimentación no sólo resulta muy cara, sino que lleva toda una serie de problemas asociados a ella. El más obvio, que ningún animal va a ser nunca igual que un humano, y por ello la reacción al tratamiento puede ser muy diferente. Esto puede provocar (y provoca) que un determinado tratamiento dé unos resultados magníficos en los experimentos in vivo y luego falle en los ensayos clínicos. De hecho, solo un 10% de los medicamentos (no solo de cáncer) que empiezan los ensayos clínicos son aprobados para su uso público [6].

No todos los problemas son científicos. Surgen cuestiones éticas que no son de fácil respuesta. Hay mucha legislación que regula la experimentación in vivo, y todos los experimentos deben ser aproados por un comité ético, pero, ¿En el fondo está bien? Los científicos son los responsables del cuidado de los animales, y eso incluye reducir en la medida de lo posible el sufrimiento de los mismos. Además, estudios recientes muestran que este tipo de experimentación puede inducir depresión, dificultad para realizar el trabajo y sentimientos de pérdida, similares a los que sufre alguien que ha perdido a su mascota, pero que se repiten en múltiples ocasiones [6].

(Disclaimer: Los casos de malos tratos en animales que han surgido por parte de algunos científicos no representan la experimentación in vivo que realiza el resto de la comunidad, ni cumplieron con la regulación ética establecida. Esta regulación pretende reducir en la medida de lo posible cualquier sufrimiento que pueda padecer el animal.)

Dispositivos Tumor-en-un-chip

Por todas estas razones, están surgiendo nuevas plataformas que pretenden sustituir la experimentación en animales, entre ellas, los llamados Dispositivos Tumor-en-un-chip. Estos dispositivos, del tamaño de una moneda, pretenden simular el entorno del tumor de forma que permitan validar la eficacia de los nuevos tratamientos. Un ejemplo de ello es el proyecto europeo EVO-NANO , que no solo pretende desarrollar un dispositivo Tumor-en-un-chip que permita validar terapias basadas en nanopartículas, sino también introducir en el proceso de estudio de un medicamento las simulaciones de sistemas biológicos. Esto hace posible predecir el efecto de un tratamiento antes de experimentar con él. De esta forma se consigue un avance mucho más rápido y efectivo de los nuevos tratamientos contra el cáncer [1,5]. 

En los pocos años que estos dispositivos llevan estudiándose, ya han permitido descubrir nuevos efectos y procesos que hasta entonces se desconocían y que han hecho cambiar el enfoque con el que se diseñan las nuevas terapias. Estos dispositivos permiten además estudiar procesos que ocurren en los tumores en tiempo real, cosa imposible en la experimentación in vivo o en los ensayos clínicos, ya que muchos de ellos son transparentes [5,8].

Figura 2: Recreación de un dispositivo Tumor-en-un-chip.

Los avances en este tipo de dispositivos podrían permitir suprimir la experimentación en animales y realizar nuevos descubrimientos que podrían, en un futuro no tan lejano, encontrar una cura efectiva para esta enfermedad tan compleja y devastadora. A veces grandes problemas requieren soluciones muy pequeñas.

Bibliografía

[1]        N. R. Stillman, M. Kovacevic, I. Balaz, and S. Hauert, In Silico Modelling of Cancer Nanomedicine, across Scales and Transport Barriers, Npj Comput. Mater. 6, 1 (2020).

[2]        D. Hanahan and R. A. Weinberg, Hallmarks of Cancer: The next Generation, Cell 144, 646 (2011).

[3]        W. H. Organization, Cancer: Data and Numbers, https://www.who.int/cancer/about/facts/es/.

[4]        S. Li, Q. Jiang, S. Liu, Y. Zhang, Y. Tian, C. Song, J. Wang, Y. Zou, G. J. Anderson, J. Y. Han, Y. Chang, Y. Liu, C. Zhang, L. Chen, G. Zhou, G. Nie, H. Yan, B. Ding, and Y. Zhao, A DNA Nanorobot Functions as a Cancer Therapeutic in Response to a Molecular Trigger in Vivo, Nat. Biotechnol. 36, 258 (2018).

[5]        L. Wan, C. A. Neumann, and P. R. Leduc, Tumor-on-a-Chip for Integrating a 3D Tumor Microenvironment: Chemical and Mechanical Factors, Lab Chip 20, 873 (2020).

[6]        F. Fontana, P. Figueiredo, J. P. Martins, and H. A. Santos, Requirements for Animal Experiments : Problems and Challenges, 2004182, 1 (2020).

[7]        R. K. Jain, Barriers to Drug Delivery in Solid Tumors, (1994).

[8]        Y. L. Huang, Y. Ma, C. Wu, C. Shiau, J. E. Segall, and M. Wu, Tumor Spheroids under Perfusion within a 3D Microfluidic Platform Reveal Critical Roles of Cell-Cell Adhesion in Tumor Invasion, Sci. Rep. 10, 9648 (2020).

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