La investigación preclínica sigue estando obstaculizada por una representación inadecuada de los entornos del tejido del cuerpo humano, lo que da como resultado predicciones inexactas de los efectos de un candidato a fármaco y la idoneidad del objetivo.
Composición de la piel humana
La piel humana comprende tres capas estructurales distintas:
- Epidermis, que alberga los queratinocitos y forma la primera línea de defensa contra los agentes externos.
- Dermis (tejido conectivo), que proporciona a la piel la mayoría de sus propiedades mecánicas y consiste principalmente en una matriz que contiene fibroblastos.
- Hipodermis (tejido subcutáneo) responsable del aislamiento.
Para tal fin, se requieren modelos de piel representativos precisos y fisiológicos que imiten las propiedades nativas de la piel. Además que permitan estudios de toxicología de fármacos directos, estudios de enfermedades y una mejor comprensión de la fisiología de la piel bajo factores estresantes. Aunque, en los últimos años, se han realizado grandes avances en el campo de la ingeniería de tejidos de la piel, los modelos de piel en 3D in vitro todavía tienen varios desafíos para reproducir las propiedades nativas de la piel y la función completa.
¿Qué son los Explantes ex Vivo?
Los explantes de piel humana ex vivo son una alternativa a las pruebas con animales. Las biopsias de piel de muestras sanas o no sanas se pueden mantener en cultivo, proporcionando así la complejidad total del tejido in vivo. Sin embargo, los explantes de piel humana ex vivo se ven obstaculizados por la variabilidad de los donantes, la disponibilidad y las limitaciones biológicas. En consecuencia, la investigación reciente se ha centrado en el desarrollo de equivalentes de piel humana (HSE). Estos recapitulan el espesor total de la piel o separan las capas de la piel en sistemas de cultivo 2D o 3D.
Aunque las condiciones de cultivo en 2D son sistemas relativamente simples, fáciles de establecer y permiten exámenes de detección de alto rendimiento, su aplicación está limitada. Esto debido a la falta de complejidad del tejido nativo y la tendencia de las células a aplanarse y estirarse.
Los cultivos de células 3D reproducen más fielmente la fisiología de la piel humana, recapitulando con mayor precisión las señales mecánicas y químicas. Así como la morfología, y superando las limitaciones del cultivo celular 2D.
Tejido del cuerpo humano en modelo 3d
Las construcciones de piel 3D, a menudo desarrolladas con moléculas de matriz extracelular natural o polímeros sintéticos como andamiaje, permiten interacciones célula-célula y célula-matriz. El alginato, el colágeno, el quitosano, la fibrina, el ácido hialurónico, la elastina, el poli(etilenglicol), la policaprolactona, el poli(alcohol vinílico) o el ácido poliláctico son materiales comunes que se utilizan en los andamios. Estos forman un hidrogel que simula la dermis con queratinocitos sembrados en la parte superior imitando la epidermis.
Sin embargo, las condiciones estáticas de estos modelos no imitan satisfactoriamente la dinámica natural de la piel. Incluso cuando pueden capturar con precisión las propiedades de permeabilidad de la piel humana mejor que en condiciones estáticas.
Otro inconveniente es la falta de sistema inmunológico, o la ausencia de vasos sanguíneos, impidiendo el transporte dinámico de nutrientes y factores de crecimiento, la eliminación de desechos o la migración celular. De hecho, la incorporación de la vascularización prolonga la vida útil del modelo de piel.
Los modelos de piel de ingeniería tisular aún muestran propiedades de barrera reducidas en comparación con la piel humana in vivo. A menudo, carecen de células inmunitarias y otros componentes microambientales de la piel que normalmente residen dentro y fuera del tejido.
Plataformas de microfluidos
Como respuesta para resolver problemas relacionados con los enfoques actuales de modelos del tejido del cuerpo humano en 3D, el enfoque combinado de ingeniería de tejidos y el uso de microfluidos representa una alternativa. De hecho, recientemente, se está investigando un número cada vez mayor de plataformas de microfluidos que intentan resolver estos problemas, llamados dispositivos skin-on-chip (SoC).
La dermatología es el área en la que los modelos in vitro 3D avanzados se han desarrollado y utilizado más ampliamente con aplicaciones que van desde pruebas de toxicidad hasta el descubrimiento de fármacos en modelos de enfermedades humanas. La prohibición de realizar pruebas en animales para el desarrollo de nuevos productos para aplicaciones cosméticas tuvo un gran impacto en el desarrollo de nuevos modelos de piel in vitro.
Sobre la base de los modelos de piel de espesor completo existentes, la innovadora tecnología de detección y los dispositivos de microfluidos permitirían garantizar una plataforma robusta, confiable, económica y escalable.
