Desgranando el genoma: SECUENCIACIÓN, CIENCIAS ÓMICAS Y BIOINFORMÁTICA.

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miércoles, 2 septiembre, 2020
Bioemprender

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Desde que se desarrollaron los métodos de secuenciación, hemos podido tomar nota de los genes de distintos organismos. Si has estudiado un grado de la rama bio o estás muy interesado en ésta, fijo que has oído hablar de estas técnicas y estás familiarizado con su funcionamiento. Pero ¿conoces todas las utilidades qué pueden tener? En este post hablaremos de una de las más innovadoras aplicaciones de las ciencias ómicas. Quédate para descubrirla.

La secuenciación nos permite conocer algo tan fundamental de un organismo vivo como es su genoma y los productos de éste. Por lo que la disciplina que viene de la mano del desarrollo de la secuenciación recibe el nombre de genómica.

En los últimos años, la genómica (estudio del conjunto de genes) ha traído consigo la proteómica (estudio del conjunto de proteínas) y la metabolómica (estudio del conjunto de reacciones metabólicas). Las ciencias ómicas ofrecen una visión integral de los organismos. Sin embargo, para interpretar la enorme cantidad de datos, fruto del estudio por conjuntos, se requiere un gran desarrollo computacional. A estas alturas, la bioinformática es imprescindible para seguir investigando en estas áreas (échale un ojo a la guía gratuita de @bioemprender para saber más sobre esta especialización).

Una vez introducidas las bases, ya podemos adentrarnos en una pequeñita (aunque revolucionaria) sección de las ciencias ómicas. Y es que ¿sabías que…

se pueden miniaturizar órganos del cuerpo en forma de chips para comprender sus comportamientos

Tras el establecimiento de las ciencias ómicas, en concreto, de la metabolómica, nos hemos lanzado a la emocionante aventura de reducir cualquier estructura de nuestro organismo, como es un órgano, al tamaño de un chip. Esta línea de desarrollo se conoce como organ-on-a-chip.

Básicamente, se busca producir dispositivos a escalas micrométricas que mimeticen la complejidad de los organismos vivos en cuanto a estructura, funciones y microambiente bioquímico de sus órganos.

Vale, pero ¿cómo se hace? Estos chips se fabrican a partir de materiales poliméricos transparentes y consisten en pequeños canales 3D microfluídicos que posteriormente se revisten de células.

Una de las ventajas que presenta este cultivo en 3D frente a los cultivos convencionales en 2D es que permite estudiar interacciones más complejas, como aquellas reguladas por hormonas o citoquinas, o incluso aquellas interacciones que dependen de la estructura del órgano. Así pues, la matriz extracelular a la que se adhieren las células puede reproducir determinadas condiciones físicas como la tensión, la compresión y la torsión. Estos factores son realmente influyentes en órganos como el cerebro, que tiene estructuras tan particulares, o el corazón, que está constantemente contrayéndose.

Hay estudios de organ-on-a-chip para hígado, corazón, intestino, pulmón, riñón, cerebro y huesos, por ejemplo. Y, recientemente, se han empezado a desarrollar también modelos con varios órganos atendiendo a las interacciones órgano-órgano que se producen dentro de un mismo organismo. Esta iniciativa, siguiendo con el naming, se conoce como body-on-a-chip.

Y ahora, una vez construido el chip, ¿qué pasa?

LIFE-ON-A-CHIP. Pequeñito, pero rebiolucionario. ¿Qué podemos hacer con toda esta tecnología?

Los chips pueden utilizarse en investigación del cáncer como herramienta de diagnóstico, clasificación de tumores y pronóstico. Los tumores son tejidos tridimensionales complejos que establecen interacciones dinámicas con los tejidos circundantes a través de una señalización química compleja; de modo que, los tumores, como los órganos, son susceptibles de estudiarse también a través de chips: tumor-on-a-chip.

También pueden utilizarse los chips en fases preclínicas de fármacos, a modo de análisis predictivo complementario a los estudios en modelos animales. De esta manera, dispondríamos de un modelo in vitro más especializado que aumentaría la eficiencia de los análisis.

Además, cabría esperar que los chips puedan ser utilizados en medicina personalizada, es decir, cultivando las propias células del paciente. Esto tiene otro nombre: human-on-a-chip (podía intuirse, ¿no?). Sería una forma de medir eficacia de fármacos y efectos colaterales en cada individuo según sus propias características.

Todo apunta a que, en los próximos años, la revolución de la impresión 3D (en concreto, la bioimpresión) junto con el desarrollo de la dinámica de fluidos computacional y las ciencias ómicas, se puedan diseñar dispositivos más sofisticados y efectivos.

Referencias:

Hocquette JF. Where are we in genomics?. J Physiol Pharmacol. 2005;56 Suppl 3:37‐70.

Marina Macías Silva. Voyage from fiction to reality: organs-on-chips in the Service of Science and Medicine. Rev Odont Mex. 2016;20:e74-510.1016/j.rodmex.2016.04.010

Bein A, Shin W, Jalili-Firoozinezhad S, et al. Microfluidic Organ-on-a-Chip Models of Human Intestine. Cell Mol Gastroenterol Hepatol. 2018;5(4):659‐668. Published 2018 Apr 24. doi:10.1016/j.jcmgh.2017.12.010

Bang S, Jeong S, Choi N, Kim HN. Brain-on-a-chip: A history of development and future perspective. Biomicrofluidics. 2019;13(5):051301. Published 2019 Oct 8. doi:10.1063/1.5120555

Trujillo-de Santiago G, Flores-Garza BG, Tavares-Negrete JA, et al. The Tumor-on-Chip: Recent Advances in the Development of Microfluidic Systems to Recapitulate the Physiology of Solid Tumors. Materials (Basel). 2019;12(18):2945. Published 2019 Sep 11. doi:10.3390/ma12182945

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