Órgãos-em-chip. Fonte: National Institutes of Health (NIH)
A indústria farmacêutica é um dos mais importantes setores industriais da humanidade, composta por organizações públicas e privadas. Dentre os objetivos dessa indústria temos a pesquisa e o desenvolvimento (P&D), a inovação, a fabricação e a comercialização de medicamentos para a saúde humana e animal.
Os medicamentos que são desenvolvidos pelos profissionais da área abordam uma ampla gama de propriedades farmacológicas e toxicológicas. Os avanços científicos e tecnológicos auxiliam na descoberta e no desenvolvimento de medicamentos com maior atividade terapêutica e redução dos efeitos colaterais.
A descoberta e o desenvolvimento científico na indústria farmacêutica são impulsionados por testes toxicológicos e clínicos. Tait (1998) diferencia os objetivos de grandes corporações com foco em uma ampla gama de pesquisa e desenvolvimento de medicamentos, fabricação e controle de qualidade, marketing e vendas (M&S) daqueles de pequenas empresas que visam objetivos específicos.
Esses objetivos exigem grandes quantias de investimentos financeiros devido às altas despesas associadas com P&D, aprovação, regulamentação, fabricação, controle de qualidade e M&S.
Assim, o desenvolvimento de novas tecnologias que possam contribuir para obter soluções para o desenvolvimento de novos medicamentos e ativos terapêuticos eficazes além de facilitar os testes toxicológicos e clínicos são sempre bem vindas.
Das novas tecnologias existentes, microdispositivos órgãos-em-chip, ou simplesmente órgãos-em-chip, vem chamando a atenção da comunidade científica em todo o mundo. Mas, para entender a importância dessas tecnologias precisamos entender uma etapa importante do desenvolvimento de um medicamento.
O que acontece depois do desenvolvimento de um novo fármaco?
Após o desenvolvimento de um novo ingredientes farmacêutico ativo (IFA), são necessários extensos testes pré-clínicos e protocolos de validação, antes que o novo medicamento seja aprovado e, em seguida, avance para avaliação clínica.
Ingredientes farmacêutico ativo pode ser entendido como uma substância ou mistura de substâncias destinadas a serem utilizadas na fabricação de um medicamento (farmacêutico) e que, quando utilizada na produção, torna-se um ingrediente ativo do produto. Mais definições da área farmacêutica podem ser visto aqui.
Esses processos demoram e custam caro e às vezes são ineficazes.
Conforme demonstrado por DiMasi et al. (2010), para novos compostos ativos incluídos em testes clínicos entre 1993 e 2004, monitorados até 2009, cerca de um em cada seis compostos eventualmente obteve a aprovação comercial para o mercado norte-americano.
Um dos principais fatores para esse baixo índice de sucesso é a falta de modelos pré-clínicos capazes de fornecer previsões precisas do comportamento humano aos novos fármacos.
O protocolo de avaliação pré-clínica baseado em laboratório é uma combinação de ensaios in vitro, experimentação e avaliação de modelos animais in vivo.
No entanto, as limitações atuais dos métodos experimentais corroboram a necessidade do modelo humano in vitro, como um intermediário da fase inicial de desenvolvimento de um novo fármaco, ou seja, um modelo capaz de reproduzir de forma eficiente a interação de múltiplos órgãos para predizer os efeitos colaterais observados em testes clínicos.
E aí que entra os órgãos-em-chip e microdispositivos multiórgãos.
Órgãos-em-chip e microdispositivos multiórgãos
Wikimedia Commons
Órgãos-em-chip são dispositivos usados para cultivar células vivas em estruturas micrométricas que são continuamente perfundidas para imitar funções fisiológicas de órgãos ou tecidos.
O objetivo principal é permitir que funções mínimas representem funções de órgãos ou tecidos e não construir um órgão vivo.
Em contraste, microdispositivos multiórgãos são dispositivos capazes de reproduzir aspectos metabólicos humanos.
Esses microdispositivos funcionam sob concentrações de metabólitos [metabolismo de uma determinada molécula ou substância] relevantes, conectando várias culturas de tecidos in vitro em uma disposição fisiológica adequada.
Os metabólitos são consumidos, produzidos e trocados pelo transporte de recirculação envolvendo todos os tecidos. Um sistema multiórgãos permite a representação de várias funções orgânicas, suas respostas individuais a um medicamento específico e suas influências em outros órgãos.
Além disso, microdispositivos multiórgãos podem ser usados para simular a conversão de um pró-fármaco em um composto eficaz que atua no tecido-alvo, bem como para identificar efeitos de toxicidade nos tecidos não-alvo.
Esses microdispositivos também aparecem como uma excelente estratégia para rastrear diferentes medicamentos em órgãos distintos ou em órgãos e tumores separadamente.
Conclusões e Perspectivas Futuras
O uso de órgãos-em-chip ou microdispositivos multiórgãos irá agilizar os testes clínicos e também pode reduzir, ou mesmo eliminar, a necessidade de modelos animais in vivo, reduzindo preocupações éticas.
Outro benefício será a popularização de testes clínicos em diversos laboratórios e empresas de pequeno e médio portes, uma vez que a tecnologia de órgãos-em-chip, não exige a necessidade de grandes infraestruturas, pois o manuseio de microdispositivos é mais fácil do que o de animais vivos.
Abaixo eu deixo para vocês uma ótima palestra TED sobre órgãos-em-chip.
Referências
Dimasi, J. A.; Feldman, L.; Seckler, A.; Wilson, A. Trends in Risks Associated with New Drug Development: Success Rates for Investigational Drugs. Clin. Pharmacol. Ther. 2010, 87, 272.
Esch, M. B.; Smith, A. S. T.; Prot, J. M.; Oleaga, C.; Hickman, J. J.; Shuler, M. L. How Multi-Organ Microdevices Can Help Foster Drug Development. Adv. Drug Delivery Rev. 2014, 69-70, 158.
Bhatia, S. N.; Ingber, D. E. Microfluidic Organs-on-Chips. Nat. Biotechnol. 2014, 32 (8), 760−772.
Santana, H. S.; Palma, M. S. A.; Lopes, M. G. M.; Souza, J.; Lima, G. A. S.; Taranto, O. P. Silva Jr. J. L. Microfluidic Devices and 3D Printing for Synthesis and Screening of Drugs and Tissue Engineering. Industrial & Engineering Chemistry Research 2020, 59, 3794-3810.
Tait, K. D. Pharmaceutical Industry (Chapter 79). Encyclopaedia of Occupational Health and Safety; International Labour Organization, 2015.
