El dispositivo de la Universidad de Tel Aviv simula alvéolos para probar terapias y prótesis pulmonares, usando células humanas sin pruebas animales.
Innovación israelí en pulmón bioartificial para terapias respiratorias
En 2023, un equipo liderado por el Prof. Dan Peer en la Universidad de Tel Aviv desarrolló un avanzado modelo microfluídico conocido como lung-on-a-chip. Este dispositivo replica la interfaz alvéolo-capilar, permitiendo simular la dinámica de intercambio de gases y sangre en los pulmones humanos. La tecnología emplea células humanas cultivadas en un entorno que imita las condiciones fisiológicas, lo que facilita la evaluación de materiales y diseños para prótesis pulmonares biocompatibles. Según el comunicado de la universidad, el sistema elimina la necesidad de pruebas en animales, acelerando el desarrollo de soluciones para enfermedades respiratorias.
El lung-on-a-chip consta de canales microfluídicos separados por una membrana porosa que recrea la barrera entre el aire y la sangre. En un lado, células epiteliales alveolares humanas forman una capa expuesta a un ambiente de aire-líquido, mientras que en el otro, células endoteliales vasculares simulan el flujo sanguíneo. Esta configuración permite estudiar cómo los materiales de prótesis interactúan con tejidos humanos bajo condiciones dinámicas. En pruebas iniciales, el dispositivo demostró capacidad para evaluar la biocompatibilidad de polímeros y la eficacia de terapias inhaladas, según un artículo publicado en Nature Biomedical Engineering.
El proyecto, financiado parcialmente por el Consejo Europeo de Investigación, busca abordar la creciente incidencia de enfermedades pulmonares crónicas, como la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) y el cáncer de pulmón, que afectan a millones en el mundo. La Organización Mundial de la Salud reporta que las enfermedades respiratorias causan aproximadamente 4 millones de muertes anuales. En este contexto, el dispositivo ofrece una plataforma para desarrollar tratamientos personalizados y prótesis que puedan integrarse al cuerpo humano sin reacciones adversas.
La tecnología también permite simular condiciones patológicas, como inflamación o infecciones virales, al introducir agentes como el SARS-CoV-2 en el sistema. Esto ha permitido a los investigadores de Tel Aviv estudiar cómo los virus afectan la barrera alvéolo-capilar y evaluar nuevos fármacos antivirales. El diseño modular del chip facilita la integración de sensores para monitorear en tiempo real parámetros como la permeabilidad de la membrana y la producción de citoquinas, según reporta el equipo en Science Advances.
Datos clave sobre el pulmón en chip de Israel
- Desarrollado en 2023 por el Prof. Dan Peer en la Universidad de Tel Aviv.
- Usa células humanas para replicar la interfaz alvéolo-capilar sin pruebas animales.
- Evalúa biocompatibilidad de materiales para prótesis pulmonares en condiciones dinámicas.
- Financiado por el Consejo Europeo de Investigación y publicado en Nature Biomedical Engineering.
- Simula enfermedades como EPOC y estudia infecciones virales como SARS-CoV-2.
Avances microfluídicos en prótesis pulmonares y terapias
Antes del avance de 2023, otros grupos en Israel y el mundo exploraron tecnologías similares. En 2010, el equipo de Donald Ingber en la Universidad de Harvard presentó el primer lung-on-a-chip, que usaba membranas de polidimetilsiloxano (PDMS) para simular la respiración. Sin embargo, el modelo israelí supera limitaciones previas al emplear membranas biológicas de colágeno y elastina, más cercanas a las propiedades del tejido humano. Esto reduce la absorción de moléculas, un problema común en el PDMS, según un estudio en Communications Biology.
En 2021, investigadores del Technion-Israel Institute of Technology desarrollaron un modelo de alvéolos estirables que imitaba los movimientos respiratorios. Aunque útil para estudiar mecánica pulmonar, carecía de la capacidad del sistema de Tel Aviv para evaluar prótesis. El dispositivo de Peer incorpora flujos dinámicos que replican el estrés por cizallamiento en vasos sanguíneos, un factor clave para probar la durabilidad de materiales implantables, según datos de Lab on a Chip.
El lung-on-a-chip también tiene aplicaciones en toxicología. En pruebas, el equipo expuso el chip a partículas de PM2.5, contaminantes asociados con enfermedades pulmonares. Los resultados, publicados en ACS Omega, mostraron que el modelo detecta respuestas celulares similares a las observadas en pulmones humanos expuestos a contaminación. Esto posiciona al dispositivo como una herramienta para evaluar riesgos ambientales sin recurrir a modelos animales.
La colaboración con la industria es otro pilar del proyecto. Empresas israelíes como Tissue Dynamics, especializada en organoides, trabajan con el equipo de Peer para escalar la producción de chips. El objetivo es comercializar la tecnología para laboratorios farmacéuticos, que buscan plataformas confiables para ensayos preclínicos. En 2024, Tissue Dynamics anunció planes para integrar el chip en estudios de medicamentos para fibrosis pulmonar.
Contexto global de enfermedades respiratorias y bioingeniería
El desarrollo del lung-on-a-chip se enmarca en un esfuerzo global por abordar enfermedades respiratorias. En Europa, proyectos como ORCHESTRATE, financiado por la Unión Europea, exploran modelos 3D de tejido pulmonar. Sin embargo, el enfoque israelí destaca por su énfasis en prótesis pulmonares, un campo donde la demanda crece debido a la escasez de donantes de órganos. Según Eurotransplant, en 2022 había más de 15,000 pacientes en lista de espera para trasplantes pulmonares en Europa.
En Estados Unidos, el Instituto Nacional de Salud financia investigaciones sobre pulmones bioartificiales, pero los modelos microfluídicos estadounidenses se centran más en enfermedades que en prótesis. El dispositivo de Tel Aviv combina ambos enfoques, ofreciendo una plataforma versátil. En Asia, países como China avanzan en chips para estudiar infecciones virales, pero carecen de la integración de materiales biocompatibles que caracteriza al modelo israelí.
La tecnología microfluídica también evoluciona en otros campos. En Israel, el Weizmann Institute of Science usa sistemas similares para estudiar el hígado y el corazón. Estos avances refuerzan la posición del país como líder en bioingeniería, con más de 1,500 empresas biotecnológicas activas en 2023, según el Israel Innovation Authority. El lung-on-a-chip es un ejemplo de cómo la investigación local aborda problemas globales.
El impacto potencial del dispositivo trasciende la medicina. Al reducir la dependencia de pruebas animales, cumple con regulaciones éticas impulsadas por la Unión Europea y apoya los objetivos de sostenibilidad en investigación. Además, su capacidad para simular condiciones humanas lo convierte en una herramienta para acelerar el desarrollo de terapias frente a amenazas emergentes, como pandemias o contaminación ambiental.
Desafíos y proyecciones del pulmón en chip israelí
A pesar de sus avances, el lung-on-a-chip enfrenta retos. La escalabilidad de la producción es un obstáculo, ya que fabricar chips a gran escala requiere técnicas de microfabricación precisas. El equipo de Peer trabaja en métodos de impresión 3D para reducir costos, según un informe en Micromachines. Otro desafío es integrar células inmunes, como macrófagos, para simular respuestas inflamatorias complejas.
En 2024, el proyecto entró en una fase de pruebas con pacientes. Hospitales como el Sheba Medical Center colaboran para validar el chip con células de pacientes con EPOC y fibrosis quística. Los primeros resultados sugieren que el dispositivo predice con precisión la respuesta a tratamientos, según un preprint en bioRxiv. Esto podría reducir el tiempo de desarrollo de nuevos fármacos de años a meses.
El contexto histórico de la investigación pulmonar también es relevante. Desde los años 80, los modelos in vitro dependían de cultivos 2D, que no replicaban la complejidad del pulmón. La llegada de la microfluídica en los 2000 marcó un cambio, con Israel a la vanguardia. Instituciones como el Technion y la Universidad Hebrea han contribuido a esta evolución, consolidando al país como un centro de innovación biomédica.
El lung-on-a-chip de Tel Aviv representa un paso hacia pulmones bioartificiales funcionales. Aunque aún no reemplaza trasplantes, su capacidad para probar prótesis y terapias posiciona a Israel como líder en la lucha contra enfermedades respiratorias, un desafío global que requiere soluciones urgentes.