Un sistema microfluídico mimetiza el ciclo reproductor femenino

El crecimiento de tejidos a partir de células en una placa de Petri es una tarea bastante dura, pero hacer crecer varios tipos de tejidos, entrelazarlos, y mantenerlos vivos durante semanas es algo abrumador. El equipo que encabeza Teresa K. Woodruff, de la Universidad Northwestern (Illinois, EEUU), en colaboración con ingenieros del Laboratorio Charles Stark Draper (Instituto Tecnológico de Massachusetts, MIT, Cambridge, EEUU), ha desarrollado un modelo microfluídico del tracto reproductivo humano que simula el perfil hormonal del ciclo menstrual femenino de 28 días (Nat. Commun 2017, DOI: 10.1038/ncomms14584). Este aparato podrá convertirse en una herramienta para el estudio de enfermedades que afectan a las mujeres en diferentes momentos de su vida fértil.

El dispositivo, llamado Evatar, incluye módulos que contienen tejidos cultivados de ovarios, trompas de Falopio, útero, cérvix e hígado. Las células empleadas para crecer el tejido de ovario se obtienen a partir de ratones, pero el resto son células humanas. Los módulos del Evatar se conectan por canales microfluídicos, que proporcionan alimento a los tejidos y se llevan los residuos metabólicos.

Estos canales también permiten la comunicación química entre tejidos utilizando hormonas. Los investigadores inician el ciclo añadiendo al líquido circulante hormonas que estimulen los folículos, tras lo que el modulo ovárico responde produciendo estrógeno. En el punto medio del ciclo (día 14) los investigadores añaden hormonas luteinizantes, que activan la ovulación, detienen la producción de estrógeno en los módulos ovario y estimulan la producción de progesterona. Los tejidos restantes responden a las hormonas producidas por los “ovarios” igual que lo hubieran hecho en el cuerpo humano.

Los investigadores también han podido conseguir que el sistema imite cualquiera de las dos opciones posibles al final del ciclo. Si no hay "embarazo", los niveles de progesterona caen, lo que en el cuerpo femenino origina la muda del endometrio. Cuando se ha de simular el estado de embarazo, el equipo añade prolactina, una hormona que mantiene altos los niveles de progesterona.

En un principio, los investigadores no estaban nada seguros de poder mantener el sistema durante un ciclo completo de 28 días. En palabras de Woodruff, "era un auténtico desafío para nuestros ingenieros generar un sistema que permitiera los cambios dinámicos que ocurren en un sistema reproductor".

"El modelo integrado microfluídico es una proeza de ingeniería, que ofrece una amplia variedad de nuevas posibilidades y que representa un gran avance desde las tradicionales técnicas in vitro habitualmente usadas en biología reproductiva." Quien así habla es Donguen (Dan) Huh, catedrático de bioingeniería en la Universidad de Pensilvania (Filadelfia, Pensilvania, EEUU), cuyo grupo desarrolla órganos en microchips. "La capacidad de este sistema para co-cultivar varios tipos de tejidos reproductores femeninos durante períodos prolongados, de forma modular y recombinante, es particularmente impresionante."

El equipo de la Universidad Northwestern tiene en mente el estudio de varias enfermedades que afectan las mujeres en edad fértil, como los fibromas y la endometriosis. Además, han conseguido financiación de la Fundación Gates para encontrar nuevos métodos anticonceptivos, como podrían ser procesos de bloqueo de la ovulación. El objetivo final es el crecimiento de tejido a partir de células madre pluripotentes de los pacientes, de manera que cada individuo pueda tener su propio sistema y su tratamiento personalizado.

Pero los investigadores no piensan limitarse a la salud reproductiva, y pretenden añadir módulos que contengan tejidos cardíaco, muscular, adiposo, suprarrenal y del hipocampo.

"La gente cree que el aparato reproductor solo es importante para cuestiones de fertilidad, pero el sistema hormonal reproductor da información sobre la biología general," comenta Woodruff. Este sistema permitirá a los biólogos estudiar otros sistemas en el contexto de niveles de hormonas cíclicas, añade.

Tampoco quieren limitarse al aparato reproductor femenino, pues están construyendo un modelo similar del aparato reproductor masculino con tejidos de órganos como los testículos y la próstata. No nos debería sorprender que pretendan llamarlo Adatar.

Traducción al español producida por Fernando Gomollón Bel Divulgame.org para C&EN. La versión original (en inglés) del artículo está disponible aquí.