La enfermedad cardiovascular sigue siendo la primera causa de muerte en el mundo, algo que preocupa a millones de familias. Un equipo de investigadores de varias instituciones de Canadá ha desarrollado un «corazón» diminuto en tres dimensiones que reproduce tejido cardíaco funcional sobre un chip de silicio.
El modelo, descrito en la revista Nano Micro Small, genera contracciones espontáneas y moviliza calcio para activar la actividad muscular, igual que el miocardio humano. Todo ocurre en un chip blando con sensores integrados que permite medir cómo late el tejido y cómo responde ante distintos compuestos casi célula a célula. La pregunta es obvia ¿podrá una herramienta así cambiar la forma en que se estudia y se trata la enfermedad cardíaca?
Un corazón diminuto que late sobre un chip
El proyecto está liderado por Ali Mousavi y se apoya en la ingeniería de tejidos cardíacos, un campo que intenta recrear trozos de corazón en el laboratorio. En este caso, los investigadores extrajeron células musculares y de tejido conectivo del corazón de ratas y las alojaron en una matriz rica en proteínas y nutrientes, algo parecido a un andamio biológico donde las células pueden organizarse.
Ese entramado se colocó sobre microchips flexibles de silicio que actúan como base y soporte. Con el tiempo, las células se sincronizan y empiezan a contraerse de manera espontánea, de forma similar a un pequeño fragmento de miocardio vivo.
Cuando los especialistas hablan de un corazón en un chip se refieren a este tipo de modelos, minitejidos que concentran la función de un órgano complejo en un dispositivo muy pequeño. No es un corazón completo, pero sí un sistema que permite estudiar cómo se generan los latidos y qué ocurre cuando algo en el tejido empieza a fallar.
Sensores dobles para ver la fuerza de cada latido
La gran novedad de este trabajo está en la sensorización del sistema a varias escalas. El dispositivo incorpora una plataforma de doble medida que registra tanto la fuerza global del tejido como las tensiones mecánicas que se producen en puntos concretos.
El tejido se mantiene suspendido entre dos pequeños pilares elásticos que se deforman cada vez que llega un latido. Midiendo cuánto se doblan esos pilares, los científicos calculan la fuerza con la que se contrae el conjunto, algo parecido a medir la tensión de una goma que se estira y se encoge.
Hasta ahora, muchos modelos de heart on a chip no podían ver qué ocurría dentro del tejido con suficiente resolución. La combinación de microchips flexibles y sensores locales permite acercarse al trabajo real de los cardiomiocitos, las células del músculo cardíaco que generan el impulso de cada latido.
Un mini laboratorio para probar fármacos cardíacos
El sistema añade además microsensores de hidrogel de unos 50 micrómetros de tamaño, insertados directamente en el tejido. Estas microestructuras registran las tensiones locales que genera cada zona y ayudan a detectar patrones que podrían estar relacionados con el origen de ciertas enfermedades cardíacas.
Para comprobar si el modelo servía como plataforma de ensayo, el equipo aplicó dos compuestos bien conocidos en cardiología. La norepinefrina aumentó la actividad del tejido y la blebbistatina la redujo, y el chip registró los cambios esperados tanto en la fuerza como en el ritmo de los latidos en tiempo real.
En palabras de Houman Savoji, ingeniero mecánico y biomédico de la Universidad de Montreal, «Este avance nos acerca aún más a una verdadera salud de precisión, al darnos la capacidad de identificar el medicamento más eficaz para cada persona antes incluso de administrar el tratamiento». En gran medida, la idea es poder probar distintos fármacos sobre modelos de tejido y ver cuál corrige mejor los problemas de contracción antes de pasar a la persona real.
Próximos pasos hacia terapias más personalizadas
El siguiente objetivo del equipo es recrear trastornos como la miocardiopatía dilatada o ciertas arritmias utilizando células de pacientes. Así se podrían estudiar enfermedades complejas en un entorno controlado sin riesgo para la persona, algo especialmente valioso cuando el corazón ya está muy dañado.
Al final del día, herramientas de este tipo buscan que la enfermedad cardiovascular deje de ser la primera causa de muerte y se convierta en un problema más controlable. Aun así, todavía queda camino por recorrer antes de que estos modelos entren en el día a día de los hospitales, pero la combinación de tejido vivo y sensorización fina abre en gran medida una nueva vía de investigación cardíaca.
El estudio principal se ha publicado en la revista Nano Micro Small.
