Rumo ao corpo-num-chip

Primeiros chips de órgãos estão chegando e podem acelerar teste de medicamentos e reduzir o uso de animais

The Economist

20 de junho de 2015 | 02h04

Num laboratório aberto recentemente ao norte de Londres, está em andamento um experimento para descobrir como o fígado vai reagir a um novo remédio. Normalmente, um teste desse tipo seria realizado em células do fígado cultivadas em fileiras de pratos ou - como exigem as autoridades reguladoras antes de aprovar medicamentos para testes clínicos - em animais como ratos e cães. Mas esse experimento usa um pequeno dispositivo do tamanho de um smartphone. Este contém um fígado em miniatura feito a partir de células humanas, e promete resultados mais confiáveis. Trata-se de uma das primeiras versões comerciais daquilo que os bioengenheiros chamam de órgão-num-chip.

O chip de fígado, batizado de Quantum-B, foi criado pela CN Bio, empresa nascida da Universidade de Oxford atualmente com sede em Welwyn Garden City. O Quantum-B foi criado para ajudar os pesquisadores na busca por uma cura para a hepatite B, infecção viral do fígado. Entre os outros grupos que vão lançar órgãos em miniatura estão os americanos Wyss Institute, da Universidade Harvard, cujos dispositivos incluem um pulmão-num-chip, e a Universidade da Califórnia em Berkeley, que tem um coração-num-chip. Chips imitando o rim, intestino, tecido muscular, gordura, ossos e pele também estão em desenvolvimento.

Dependendo da aprovação dos reguladores, os dispositivos desse tipo têm o potencial de cortar o uso dos animais de laboratório nos testes de medicamentos. Os animais não são necessariamente bons análogos para os humanos por causa de diferenças fundamentais na biologia. Os testes em tecidos em placas de Petri também podem se mostrar pouco confiáveis porque suas células frequentemente param de funcionar. Os dados mais realistas prometidos pelos órgãos-em-chips podem acelerar o desenvolvimento de remédios e permitir que os pesquisadores realizem experimentos arriscados demais para voluntários humanos.

Além disso, ao associar diferentes chips, os pesquisadores podem estudar como as reações de um órgão podem afetar outro. Um remédio que produz resultados benéficos no tratamento de doenças cardíacas, por exemplo, pode ser metabolizado pelo fígado de maneira a produzir resultados tóxicos. De fato, com um número suficiente de órgãos-em-chips, alguns cientistas sonham com o dia em que será possível criar o equivalente a um corpo-num-chip.

Localizador de órgãos. A maioria dos chips de órgãos é feita a partir de materiais sintéticos, como polímeros. Este pode ser transparente para que as células sejam vistas pelo microscópio (alguns são feitos com processos fotolitográficos semelhantes aos usados para os microchips de computador). Os chips contêm minúsculas estruturas às quais células humanas cultivadas são afixadas. Dadas as condições corretas, as células se arranjam naturalmente da mesma maneira que o fariam no corpo, comportando-se como se estivessem lá.

Uma técnica chamada microfluídica é usada para transportar um fluído que imita o sangue por minúsculos canais e tubulações, trazendo nutrição às células.

Os chips não contêm órgãos completos, apenas as menores colônias de células necessárias para replicar a função de um deles. O chip de fígado da CN Bio, criado a partir do trabalho de parceria com Linda Griffith e seus colegas do Massachusetts Institute of Technology (MIT) usa pequenos "andaimes" para manter células de órgãos doados que, por vários motivos, foram considerados inadequados para o transplante. As células podem ser mantidas congeladas até serem necessárias.

Os andaimes são colocados em pequenos poços e alimentados com um fluido adequado pelos canais. Depois de alguns dias assentando, as células estão prontas para o trabalho e são infectadas com a hepatite B. Como a forma humana da doença só pode ser imitada em primatas, a alternativa seria usar dúzias de chimpanzés num único experimento. Mas cada chip de fígado contém 12 pequenos fígados, podendo ser usado para a realização de vários testes ao mesmo tempo. Um protótipo de chip com 36 fígados está em fase de desenvolvimento, diz David Hughes, diretor de tecnologia da CN Bio.

A empresa vai licenciar a tecnologia a outros laboratórios e oferecer testes para pesquisadores. O custo de um teste básico de toxicidade é de pelo menos US$ 22 mil. Pode parecer caro, mas até um estudo simples envolvendo camundongos pode consumir um mês ou mais e ultrapassar a marca dos US$ 50 mil; análises mais complexas podem custar mais de US$ 1 milhão. É por isso que o processo de triagem de milhares de substâncias novas candidatas a se tornarem novos remédios pode acumular custos de mais de US$ 1 bilhão.

O que torna os chips de órgãos potencialmente tão eficazes no teste de remédios é o fato de criarem não apenas o ambiente bioquímico necessário para o desenvolvimento das células, mas também o ambiente físico. Para um chip de fígado, isso significa reproduzir de maneira precisa a mecânica dos fluídos do suprimento de sangue artificial.

Estudos anteriores mostraram que a maneira com a qual um fluído percorre a superfície de uma célula pode afetar sua capacidade de funcionar.

Outras células podem exigir uma ação mecânica. O pulmão-num-chip de Harvard, por exemplo, precisa "respirar". Para tanto, o dispositivo é construído a partir de dois canais para microfluídos, um acima do outro, dentro de um material plástico flexível. Os canais são separados por uma membrana porosa revestida no alto por células epiteliais derivadas dos alvéolos pulmonares humanos e, na parte de baixo, por células endoteliais dos vasos sanguíneos. O canal superior traz ar para a membrana e o canal inferior contém um fluído semelhante ao sangue. A aplicação alternada de um vácuo em cada lado da estrutura faz as células esticarem e relaxarem, assim como o peito de uma pessoa ao respirar.

O chip de pulmão foi desenvolvido por Donald Ingber, amplamente conhecido como pioneiro na área, e seus colegas de Harvard. O dispositivo, do tamanho de um pendrive USB, é comercializado por uma empresa chamada Emulate. Quando exporto a bactérias no canal aéreo, o chip reage como um pulmão humano quando infectado. Inflamações e o acúmulo de fluídos também podem ser estudados.

O coração-num-chip de Berkeley tem uma câmara central onde as células cardíacas são reunidas, com canais microfluídicos funcionando como vasos sanguíneos. Os pesquisadores de Berkeley, liderados por Kevin Healy e Anurag Mathur, dizem que 24 horas após serem inseridas na câmara, as células cardíacas começam a bater sozinhas ao ritmo de 55-80 batidas por minuto. Depois de aproximadamente uma semana esse ritmo se torna estável o bastante para que os testes tenham início. De acordo com os pesquisadores, quando exposto a medicamentos cardíacos comuns, o chip responde de maneira análoga a de um coração humano plenamente desenvolvido.

Os pesquisadores de Berkeley e da Emulate usam células-tronco pluripotentes induzidas por humanos - células-tronco que podem ser devolvidas ao estágio embrionário e incentivadas a se tornarem diferentes tipos de tecido. Esse uso de células-tronco em chips de órgãos anuncia a possibilidade de um dispositivo que represente um paciente individual - um paciente-num-chip, se preferirmos. Nesse caso, todos os pequenos órgãos seriam derivados de uma mesma pessoa; os testes poderiam ser realizados no dispositivo para descobrir os remédios e dosagens mais eficazes para cada paciente.

Até o momento, os pesquisadores ainda estão tentando fazer com que um pequeno punhado de órgãos diferentes funcionem num chip. Mas a Darpa, agência de pesquisas do departamento de defesa dos Estados Unidos, está empenhada na meta de combinar dez órgãos num chip. O interesse militar está no desejo de desenvolver tratamentos para incidentes nucleares e biológicos. É praticamente impossível fazer experimentos com tais medicamentos usando cobaias humanas. A Darpa e os Institutos Nacionais de Saúde dos EUA estão oferecendo US$ 32 milhões em financiamento de pesquisa para o desenvolvimento de um corpo-num-chip nos laboratórios do MIT, em colaboração com outros grupos de pesquisa, e US$ 37 milhões a um projeto semelhante no Instituto Wyss, de Harvard.

A busca por sangue novo. Ainda há uma série de obstáculos a serem superados, de acordo com uma análise da tecnologia elaborada pelo dr. Ingber e Sangeeta Bhatia, do Instituto Koch, publicada no ano passado na Nature Biotechnology. O plástico a partir do qual alguns chips são fabricados precisa ser aprimorado porque pode absorver determinados compostos, incluindo medicamentos, e isso pode distorcer os resultados dos testes. Para os órgãos ligados entre si, dizem os cientistas, é necessário um "substituto universal para o sangue". Este poderia ser uma única cultura capaz de sustentar todos os tecidos, como ocorre com o sangue.

Os chips de órgãos terão de ser produzidos em massa. Em colaboração com pesquisadores a serviço da Sony BioSciences, na Áustria, a Emulate diz ter encontrado um material que evita o problema da absorção e poderia permitir que os chips fossem fabricados aos milhões. Mas, por enquanto, o material ainda é um segredo bem guardado. A Emulate diz também ser capaz de automatizar a operação de seus chips para que não tenham de ser usados exclusivamente por especialistas.

Pode demorar uma década ou mais até que os chips de órgãos diminuam o uso de animais em laboratórios. E algumas pesquisas biomédicas podem não se prestar muito ao ambiente proporcionado pelos chips - complexas respostas imunológicas do corpo, por exemplo, ou o efeito de medicamentos no sistema nervoso. Mas, conforme a tecnologia for aprimorada e melhor compreendida, as autoridades reguladoras conservadoras devem desenvolver suficiente confiança na nova tecnologia para substituírem os animais por chips nas etapas obrigatórias dos testes laboratoriais.

THE ECONOMIST, TRADUZIDO POR AUGUSTO CALIL, PUBLICADO SOB LICENÇA. O ARTIGO ORIGINAL, EM INGLÊS, PODE SER ENCONTRADO EM WWW.THEECONOMIST.COM

 

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