Um chip para substituir os testes em animais

Novas drogas feitas de nanopartículas que podem facilmente penetrar em qualquer interface dentro de nossos corpos são uma grande esperança na medicina. Para que esses esperançosos cheguem ao mercado, sua segurança deve ser garantida. Nesse contexto, também deve ser esclarecido o que acontece se uma substância conseguir penetrar a barreira natural entre o bebê e a mãe, a placenta, no corpo da gestante.

“As toxinas ambientais também podem representar uma grande ameaça para o feto sensível se penetrarem na barreira placentária ou interromperem o desenvolvimento e a função da placenta, prejudicando indiretamente o feto”, explica Tina Bürki, pesquisadora do Empa no laboratório Particles-Biology Interactions em São Galo.

Uma equipe da Empa e da ETH Zurich vem trabalhando há algum tempo na questão de como essa chamada embriotoxicidade de substâncias pode ser determinada com precisão, simplicidade e confiabilidade. Agora, a equipe está desenvolvendo um novo sistema que detectará substâncias prejudiciais ao embrião sem a necessidade de testes em animais.

Um universo em uma caixa de polímero

No coração do processo está um polímero lasca, do tamanho de um dedo humano, que abriga um pequeno universo: células humanas crescem no chip que vai modelar a barreira placentária e o embrião em condições o mais próximas possível da realidade. Para isso, as células da placenta são cultivadas em uma membrana porosa para formar uma barreira densa e células-tronco embrionárias são formados em uma pequena esfera de tecido em uma gota de solução nutritiva.

Para simular a circulação sanguínea, um agitador inclina continuamente o chip para frente e para trás. As substâncias de teste podem ser adicionadas ao lado materno da placenta. Isso permite que os pesquisadores estudem o transporte da substância de teste e os efeitos em ambos os tecidos. “Já sabemos que esse sistema de teste pode funcionar, pois um protótipo simplificado foi desenvolvido durante um estudo preliminar com o laboratório de bioengenharia da ETH Zurique”, diz Bürki.

O que é especial sobre este novo chip é que os pesquisadores querem melhorar os modelos de células, substituindo as linhas celulares de laboratório ou células de camundongos usadas anteriormente pelas chamadas células humanas primárias e uma linhagem de células-tronco humanas. “Estamos trabalhando em estreita colaboração com a clínica ginecológica do Hospital Cantonal de St. Gallen e podemos isolar as células que procuramos do tecido placentário que, de outra forma, seriam descartadas após o nascimento”, explica Bürki.

As células serão usadas para desenvolver um modelo de placenta tridimensional melhorado. Em última análise, o chip embrião-placenta permitirá reproduzir a interação da placenta e do embrião e investigar os processos de transporte na placenta, bem como os efeitos nocivos diretos e indiretos de uma substância no desenvolvimento embrionário.

Modelo alternativo vantajoso

Os estudos sobre a toxicidade de desenvolvimento de drogas e toxinas ambientais atualmente dependem de experimentos com camundongos prenhes. Na UE, por exemplo, 840.000 animais foram usados ​​em pesquisa de toxicidade e segurança em 2017, dos quais quase 100.000 foram usados ​​para toxicidade de desenvolvimento. Graças ao novo chip, o número desses experimentos com animais pode ser reduzido significativamente.

Este não é apenas um objetivo importante do ponto de vista ético, porque a importância de um teste com camundongos grávidas não é ideal para avaliar a segurança de medicamentos em humanos: “A placenta tem uma estrutura muito específica em cada espécie – e em camundongos é correspondentemente diferente dos humanos”, diz o pesquisador do Empa, Bürki. Melhores percepções podem ser obtidas a partir do modelo in vitro alternativo, ou seja, o novo sistema “no tubo de ensaio“, porque a nova tecnologia de chip com primário células humanas pode mapear com mais segurança o que acontece na interface entre mãe e filho.

Acelerando novas terapias

O novo sistema de teste destina-se a ser uma maneira simples e precisa de verificar a segurança de uma substância no início do desenvolvimento de novas drogas e assim acelerar a aplicação de novas terapias. Desta forma, o chip suporta o princípio safe-by-design, que prevê a integração precoce de aspectos de segurança no processo de inovação.

A necessidade de estudos de toxicidade de desenvolvimento na indústria também está aumentando por outro motivo: a segurança de produtos químicos e partículas no ambiente precisa ser esclarecida, conforme exigido pela atual regulamentação de produtos químicos REACH. “O chip do embrião da placenta deve ser um kit de teste fácil de usar que pode fornecer dados importantes sobre riscos potenciais à saúde durante a gravidez”, disse ela.

Espera-se também que os resultados do projeto ajudem a preencher as lacunas de conhecimento na compreensão da barreira placentária. “O chip será um modelo que reúne os processos no placenta e no embrião. Dessa forma, esperamos entender melhor as complexas interações que ocorrem por meio de substâncias sinalizadoras no futuro”, diz Tina Bürki.