En el ámbito de la investigación científica, a menudo las soluciones más innovadoras surgen de los lugares más inesperados. En este caso, nos adentramos en un territorio fascinante y diminuto: los sistemas organ-on-a-chip (órganos en un chip). ¿Qué son exactamente y por qué están causando tanto impacto en la comunidad médica y científica? Los organ-on-a-chip son plataformas microfluídicas que manipulan pequeñas cantidades de fluidos en canales que van desde uno hasta 100 micrómetros (menor al grosor de un cabello humano).

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Enero – Abril 2024, Vol. 2, No. 1
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Organ-on-a-chip: hacia la medicina personalizada
Lourdes Navarro-Nateras,1
Jan-carlo Miguel Díaz-González 2
Introducción
En el ámbito de la investigación científica, a
menudo las soluciones más innovadoras surgen de
los lugares más inesperados. En este caso, nos
adentramos en un territorio fascinante y diminuto:
los sistemas organ-on-a-chip (órganos en un chip).
¿Qué son exactamente y por qué están causando
tanto impacto en la comunidad médica y científica?
Los organ-on-a-chip son plataformas
microfluídicas que manipulan pequeñas
cantidades de fluidos en canales que van desde
uno hasta 100 micrómetros (menor al grosor de un
cabello humano). Estos sistemas o chips están
diseñados para albergar células humanas vivas en
un entorno que simula las condiciones fisiológicas
del órgano o tejido que se desea estudiar (Driver &
Mishra, 2022; Leung et al., 2022). Normalmente
tienen el tamaño de una memoria USB, y requieren
cantidades mínimas de muestras y reactivos
químicos, lo que reduce los costos de los análisis.
De esta manera, es posible representar las
condiciones celulares in-vivo y, por ende, estudiar
enfermedades, evaluar fármacos y componentes
tóxicos en sistemas biológicos que imitan las
funciones del cuerpo humano.
Por ejemplo, un "pulmón en un chip" contendría
células pulmonares y estaría diseñado para
replicar las fuerzas mecánicas y los flujos de aire
presentes en los pulmones. De manera similar, un
"riñón en un chip" contiene células renales y recrea
las condiciones de flujo de líquido y filtración
presentes en los riñones.
¿Cómo funcionan?
Estas plataformas pueden variar desde diseños
simples hasta redes complejas que incorporan
canales, cámaras y válvulas, adaptándose a las
necesidades de cada estudio para recrear la
estructura y función de un tejido u órgano real.
Dentro de estas cámaras, las células se cultivan
y se suministran nutrientes, oxígeno y otras
moléculas necesarias a través de un sistema de
canales que imitan el flujo sanguíneo (Driver &
Mishra, 2022; Ingber, 2022). El crecimiento de estas
células dentro de los organ-on-a-chip puede
lograrse mediante dos metodologías distintas. La
primera, involucra ingeniería utilizando
biomateriales sintéticos y células aisladas que se
combinan para formar una estructura que imita al
órgano en miniatura. La segunda metodología
aprovecha la capacidad de autoorganización de
las células (Tajeddin & Mustafaoglu, 2021). Esto
permite a los investigadores estudiar de manera
prolongada cómo las células reaccionan ante
distintas condiciones y tratamientos, en un entorno
que simula las condiciones del cuerpo humano.
Representación gráfica de las plataformas organ-
on-a-chip.
Avances y aplicaciones
En el año 2000, el "pulmón en un chip" marcó un
punto de referencia como el primer modelo capaz
de representar respuestas fisiológicas y
fisiopatologías específicas. Desde entonces, se han
desarrollado modelos que abarcan una amplia
gama de órganos del cuerpo humano, como el
corazón, riñones, hígado, páncreas, intestinos, piel,
médula ósea, y enfermedades como párkinson,
cáncer, alzhéimer, esclerosis múltiple, tumores,
retinopatías, obesidad, cardiopatías, trombosis,
entre otras (Ingber, 2022; Leung et al., 2022; Singh et

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al., 2022). Siendo una de las ventajas más
importantes su capacidad para modelar
enfermedades de una manera más precisa que los
modelos animales. Esto permite a los
investigadores estudiar enfermedades y probar
nuevos tratamientos de forma ética y más
relevante para los humanos. Además de estas
aplicaciones, pueden emplearse para evaluar la
toxicidad de medicamentos, cosméticos y
productos químicos de manera más rápida y
económica en comparación con los métodos
tradicionales (Singh et al., 2022), posicionándose
como una de las principales alternativas para
reemplazar los ensayos en animales. También
tienen el potencial de revolucionar el desarrollo de
medicamentos, al permitir que los investigadores
evalúen la eficacia y seguridad de nuevos
compuestos antes de iniciar ensayos clínicos en
humanos.
Uso de plataformas organ-on-a-chip como
alternativa para tratamientos personalizados.
Desafíos y potencial en la investigación
médica
Uno de los principales objetivos de estas
plataformas microfluídicas es lograr un
diagnóstico y tratamiento para cada paciente,
considerando que cada individuo responde de
manera única a los fármacos, factores ambientales
y enfermedades. Aunque los organ-on-a-chip están
emergiendo como una alternativa prometedora
para estas evaluaciones, los modelos animales
siguen siendo la opción predominante para
evaluar fármacos y enfermedades (Ingber, 2022). En
este contexto, es relevante señalar que, según los
informes de la Comisión Europea, se utilizaron 28,8
millones de animales para investigación en un
periodo de tan solo tres años (2015-2017). Sin
embargo, es importante tener en cuenta que el
desarrollo de fármacos tiene un promedio
estimado de 13,5 años y una gran inversión
económica. Además, se estima que el 92% de los
candidatos a fármacos fracasan en las pruebas
finales con humanos y no llegan al mercado. Por
último, aquellos que logran la aprobación,
frecuentemente generan informes negativos sobre
efectos secundarios en pacientes (Driver & Mishra,
2022). Estos resultados pueden atribuirse a las
diferencias biológicas entre humanos y animales, lo
que puede generar variaciones al trasladar los
resultados de un modelo a otro (Driver & Mishra,
2022; Ingber, 2022). Por otro lado, las técnicas in-
vitro (fuera de un organismo vivo), como los cultivos
celulares en placas Petri (también conocidos como
cultivos celulares de una sola capa o 2D), no logran
reproducir de manera precisa las condiciones
normales de las células. Estos modelos enfrentan
desafíos debido a la acumulación de desechos
celulares tóxicos y el agotamiento de nutrientes, lo
que dificulta las evaluaciones a largo plazo (Driver
& Mishra, 2022) con resultados imprecisos (Ingber,
2022; Singh et al., 2022).
Conclusiones
En consecuencia, las plataformas organ-on-a-chip
han ganado popularidad gracias a las ventajas que
ofrecen en comparación con los modelos
mencionados. Sin embargo, a pesar de su enorme
potencial, todavía enfrentan varios retos. Por
ejemplo, la miniaturización de los dispositivos
puede dificultar la integración de sensores y
sistemas de análisis necesarios para evaluar el
comportamiento de las células en tiempo real.
Además, la validación y estandarización de estos
dispositivos son aspectos fundamentales para
garantizar su fiabilidad y reproducibilidad. A pesar
de estos obstáculos, su capacidad para modelar
con precisión la fisiología humana y estudiar
enfermedades podría conducir a avances
significativos en el tratamiento y la prevención de
enfermedades, así como a una reducción en la

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dependencia de los ensayos en animales. En
conclusión, los sistemas organ-on-a-chip
representan una emocionante frontera en la
investigación médica, con el potencial de
transformar nuestra comprensión y abordaje de las
enfermedades.
Palabras clave: organ-on-a-chip; medicina
personalizada; modelos animales; microfluídica.
1 Lourdes Navarro Nateras: especialista en el
desarrollo de biosensores de naturaleza
electroquímica y óptica, así como en sistemas lab-
on-a-chip y organ-on-a-chip. En la actualidad,
forma parte del Laboratorio Nacional de Micro y
Nanofluídica (LABMyN) en el Centro de
Investigación y Desarrollo Tecnológico en
Electroquímica (CIDETEQ), Querétaro.
Contacto: lnavarro@cideteq.mx
2 Jan-carlo Miguel Díaz González: se especializa en
el diseño y desarrollo de (bio)sensores
electroquímicos para la detección de analitos de
interés biomédico en plataformas
miniaturizadas/microfluídicas, lab-on-a-chip,
organ-on-a-chip. Forma parte del LABMyN en
CIDETEQ y del Laboratorio de Biosens de la
Universidad Autónoma de Querétaro, Facultad de
Ingeniería. Contacto: jancarlo.diaz@uaq.mx
Lecturas recomendadas
Driver, R., & Mishra, S. (2022). Organ-On-A-Chip
Technology: An In-depth Review of Recent
Advancements and Future of Whole Body-on-chip.
Biochip Journal, 17(1), 1–23.
https://doi.org/10.1007/s13206-022-00087-8
Ingber, D. E. (2022). Human organs-on-chips for
disease modelling, drug development and
personalized medicine. Nature Reviews Genetics,
23(8), 467–491. https://doi.org/10.1038/s41576-022-
00466-9.
Leung, C. M., de Haan, P., Ronaldson-Bouchard, K.,
Kim, G. A., Ko, J., Rho, H. S., Chen, Z., Habibovic, P.,
Jeon, N. L., Takayama, S., Shuler, M. L., Vunjak-
Novakovic, G., Frey, O., Verpoorte, E., & Toh, Y. C.
(2022). A guide to the organ-on-a-chip. Nature
Reviews Methods Primers, 2(1).
https://doi.org/10.1038/s43586-022-00118-6.
Singh, D., Mathur, A., Arora, S., Roy, S., & Mahindroo,
N. (2022). Journey of organ on a chip technology
and its role in future healthcare scenario. Applied
Surface Science Advances, 9(March), 100246.
https://doi.org/10.1016/j.apsadv.2022.100246.
Tajeddin, A., & Mustafaoglu, N. (2021). Design and
fabrication of organ-on-chips: Promises and
challenges. Micromachines, 12(12), 1–33.
https://doi.org/10.3390/mi12121443.
Recibido: febrero 23 de 2024
Aceptado: marzo 22 de 2024
Publicado: mayo 10 de 2024