El medicamento heparin se usa con frecuencia para evitar que la sangre se coagule durante los procedimientos médicos que van desde la diálisis hasta la cirugía a corazón abierto. Con un mercado de 6 mil millones de dólares, es uno de los medicamentos más utilizados en los hospitales hoy día. Sin embargo, su uso generalizado no deja entrever sus rudimentarios orígenes: más de 90 años después de que fuese inventado, el heparin sigue fabricándose a partir de intestinos de cerdo. No obstante, un nuevo chip de microfluidos, que imita las acciones de uno de los órganos más misteriosos de las células, puede que venga a cambiar todo esto. Un grupo de investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer en Troy, Nueva York, ha creado el primer orgánulo celular artificial y lo está utilizando para comprender mejor la forma en que el cuerpo humano fabrica el heparin.

Los científicos han estado trabajando para crear una versión sintética del medicamento, puesto que el método de producción actual hace que sea susceptible a la contaminación—en 2008, un incidente de este tipo fue responsable de la muerte de un gran número de personas. Sin embargo, el medicamento ha resultado ser increíblemente difícil de fabricar en el laboratorio.

Gran parte del misterio de la producción de heparin procede del lugar donde se produce su síntesis natural: un orgánulo celular llamado aparto de Golgi, que procesa y empaqueta las proteínas para su transporte fuera de la célula, decorando las proteínas con azúcares para así fabricar glicoproteínas. Generaciones tras generaciones de científicos han sido incapaces de averiguar la forma en que esto ocurre. “El Golgi fue descubierto hace más de 100 años, aunque lo que ocurre en su interior sigue siendo una caja negra,” afirma Robert Linhardt, biotecnólogo en Rensselaer que lleva trabajando en el heparin desde casi 30 años y es el autor principal del nuevo estudio. “Entran proteínas, y salen glicoproteínas. Ahora sabemos qué enzimas están involucradas en el proceso, pero no sabemos realmente cómo están controladas.”

Para comprender mejor lo que ocurre dentro del aparato de Golgi, Linhardt y sus colegas decidieron crear su propia versión. El resultado: el primer orgánulo celular artificial que se conoce, un pequeño chip de microfluidos que imita algunas de las acciones del aparato de Golgi. El dispositivo digital permite a los investigadores controlar el movimiento de una pequeña gota microscópica simple, al tiempo que añaden enzimas y azúcares, abren la gotita y, lentamente, construyen una cadena molecular como el heparin. “En esencia, somos capaces de controlar el proceso, al igual que el aparato de Golgi lo controla,” afirma Linhardt. “Creo que verdaderamente hemos dado con una versión artifical del aparato de Golgi. En realidad, podríamos diseñar algo que funciona como un orgánulo y controlarlo. El siguiente paso es fabricar combinaciones de reacciones más complicadas.”

“La gente tiene algunas piezas de la caja de herramientas responsable de la fabricación de estos carbohidratos tan importantes, sin embargo, en potencia deberíamos tratar de emular a la naturaleza, o al menos averiguar cómo funciona,” afirma Paul DeAngelis, bioquímico y biólogo molecular en la Universidad de Oklahoma y que no estuvo involucrado en la investigación. “La miniaturización que están llevando a cabo—haciendo que pequeñas burbujas de líquido se unan y vayan a distintos compartimentos con distintos catalizadores bajo condiciones distintas—es igual a la forma en que el cuerpo y el aparato de Golgi funcionan. Es un modelo muy bueno.”

En la actualidad, los investigadores saben cómo es la forma del heparin y qué enzimas son necesarias para fabricarlo, pero aún no saben del todo bien cómo acaba creándose. “Es como tener todos los materiales y herramientas necesarios para construir una casa y saber el aspecto final que tiene que tener, y que venga alguien y diga, ‘Muy bien, vamos a construir la casa,” afirma Linhardt. “Lo que necesitamos es un plano. Necesitamos saber cómo funcionan todas estas herramientas al ponerlas juntas, cómo se ensambla la casa.” Compara el chip de microfluidos a un video sobre cómo construir una casa por sí mismo, uno que nos diga “cómo clavar clavos, como serrar, como ensamblar puntales, y cómo levantar paredes.” Mediante la prueba de varias dosis de reactivos, con distintos tiempos de reacción, el aparato de Golgi artificial puede que sea capaz de enseñarles cómo sintetizar el heparin y otras moléculas dentro de un entorno de laboratorio.

“Es una fusión de la ingeniería y la biología,” afirma Jeffrey Esko, glicobiólogo en la Universidad de California, San Diego. “Se pueden hacer estas pruebas en tubos de ensayo, aunque el chip nos ofrece una forma de automatizar el proceso a escala microscópica.” El chip también permite un control preciso de cada interacción individual, a pequeña escala.

Con la ayuda de su microchip y una financiación sustancial del Instituto Nacional de la Salud, Linhardt cree que deberían ser capaces de, en cinco años, empezar las pruebas clínicas de este tipo de heparin creado con técnicas de bioingeniería.