Conseguir um novo produto farmacêutico de uma ideia no laboratório de química para o mercado leva muitos anos e bilhões de dólares. A cada ano, apenas algumas dezenas de novos medicamentos são aprovados para uso nos Estados Unidos.
“Orgãos-em-chips” humanos estão liderando uma revolução nos testes de segurança de medicamentos. Esses dispositivos usam células humanas para modelar a estrutura e a função de órgãos e tecidos humanos. Ao testar os efeitos potenciais de drogas em diferentes órgãos mais rapidamente do que os métodos tradicionais, os órgãos em chips podem reduzir a necessidade de estudos em animais e prever melhor quais novos medicamentos efetivamente tratarão a doença humana.
Como parte de uma equipe de pesquisa interdisciplinar, estamos trabalhando em um rim-em-um chip para melhorar nossa compreensão de como as doenças renais começam e quais drogas podem tratá-los com segurança.
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Historicamente, o teste de laboratório para novos medicamentos é realizado em células cultivadas em pratos ou frascos. Se uma droga passar nos testes iniciais de triagem in vitro, os pesquisadores a testarão in vivo em animais vivos para determinar os efeitos de uma nova droga em um sistema inteiro, em vez de apenas um tipo de célula de cada vez. Finalmente, depois de muitos anos de investigação em laboratório, os pesquisadores testarão um novo medicamento promissor em pessoas para ver se é seguro e eficaz.
O problema é que 9 entre 10 dessas drogas nunca chegam de testes humanos em pequena escala ao paciente porque se revelam ineficazes ou tóxicas, mesmo que tenham apresentado resultados promissores em testes iniciais.
Os órgãos em chips têm o potencial de transformar completamente esse sistema. Variando do tamanho de uma unha até o de um cartão de crédito, elas são compostas de canais fluidos e minúsculas câmaras que contêm amostras de células humanas. Órgãos-em-chips em desenvolvimento em laboratórios de todo o país incluem rim, pulmão, fígado, intestino, pele, cérebro, coração, ossos e sistemas reprodutivos.
Em um órgão em um chip, o líquido circulante fornece oxigênio e nutrientes às células, semelhante ao modo como o sangue sustenta as células do corpo humano. É esse fluxo constante que torna esses dispositivos especiais. Células cultivadas em órgãos-em-chips agem mais como células em um órgão humano do que células cultivadas em placas planas sem fluxo.
Fluido circula através de um rim-on-a-chip. (Alex Levine, CC BY-ND) **********
Os rins são extremamente importantes para a saúde humana em geral. Os dois rins do tamanho de um punho removem drogas e compostos indesejáveis do corpo e desempenham um papel fundamental na manutenção do equilíbrio adequado de sal e água, pressão arterial e vitamina D e saúde dos ossos. Condições genéticas e até mesmo medicamentos comumente administrados podem, em algumas circunstâncias, danificar os rins.
Nos EUA, 15% dos adultos têm doenças renais. Mas a maioria nem sabe, porque as doenças renais geralmente não apresentam sintomas até que a condição esteja muito avançada. Há uma necessidade urgente de entender como a doença renal começa e desenvolver novos tratamentos seguros e eficazes.
Aqui na Universidade de Washington, nossa equipe de pesquisa sobre rins em um chip é composta por cientistas de diferentes disciplinas, incluindo farmácia, ciências farmacêuticas, nefrologia (medicina renal), toxicologia, bioquímica e bioengenharia.
Em parceria com a Nortis, Inc., uma empresa local de biotecnologia, nossa equipe criou um pequeno dispositivo - do tamanho de um cartão de visita - com até três minúsculos tubos, cada um milionésimo do tamanho de uma gota de água, contendo 5.000 humanos células renais. Quando pequenas quantidades de fluido são bombeadas através dos tubos, as células renais são expostas a sinais importantes que ajudam as células do chip a se comportarem como se estivessem em um rim vivo.
Descobrimos que as células renais liberam sinais - chamados biomarcadores - de lesão quando expostos a toxinas renais conhecidas. Nossa pesquisa mostrou que as células do chip liberaram marcadores de lesão comumente vistos na urina de pessoas com danos nos rins. Testes com o método mais antigo, usando células em placas, não mostraram nenhum dano com o mesmo tratamento. Isso sugere que o rim em um chip pode ser melhor do que os métodos existentes para prever se um novo medicamento causará danos nos rins em humanos.
Esses dispositivos fazem um trabalho melhor de testar como as moléculas afetam as células humanas vivas. (Alex Levine, CC BY-ND) **********
Agora que obtivemos esses resultados promissores, equipes científicas em todo o país estão começando a conectar diferentes órgãos para replicar um sistema mais complexo e de múltiplos órgãos, para dar uma visão mais ampla de como as drogas afetam as pessoas. Por exemplo, conseguimos conectar um chip de fígado a um chip para saber como um extrato de planta usado em alguns medicamentos fitoterápicos, chamado ácido aristolóquico, danifica as células do rim. Essa investigação de chip a chip reforça a necessidade de órgãos-em-um-chip interconectados para replicar a complexa mecânica do corpo humano.
No próximo ano, o nosso projeto rim-on-a-chip será um dos vários enviados para a Estação Espacial Internacional, onde a baixa gravidade acelera as mudanças nas células, às vezes causando problemas de saúde para os astronautas. A Estação Espacial poderia ser o lugar perfeito para descobrir mais sobre doenças renais em semanas, em vez de anos ou décadas.
Órgãos-em-chips também podem ser usados para descobrir novos alvos de drogas. Nossa equipe está avaliando o rim-em-um-chip como uma ferramenta para personalizar a seleção de drogas e dosagem em pessoas com câncer renal, doença renal policística e doença renal crônica. Outros laboratórios de órgãos em chips espalhados pelo país estão estudando doenças do sistema imunológico, cérebro, pulmões, coração e vasos sangüíneos. Ao trabalhar em conjunto, dezenas de equipes de pesquisa estão desenvolvendo esta nova tecnologia para revolucionar a descoberta de drogas, levando ao desenvolvimento de medicamentos melhores e mais seguros para todos.
Este artigo foi originalmente publicado no The Conversation.
Catherine Yeung, Professora Assistente de Pesquisa em Farmácia da Universidade de Washington
Edward Kelly, Professor Associado de Farmacêutica da Universidade de Washington
Jonathan Himmelfarb, diretor do Instituto de Pesquisa do Rim e professor de medicina da Universidade de Washington
