Atualmente, a maioria dos ensaios clínicos para aprovação de novos medicamentos são efetuados através de testes em animais. Nestes ensaios clínicos tenta-se determinar a eficácia, toxicidade e a farmacocinética do medicamento. Porém, tais experiências com animais têm várias desvantagens. Em primeiro lugar, os resultados de experiências com animais podem demorar anos, custar milhões de euros, e em alguns casos provocar sofrimento nos animais. Ainda assim, este tipo de testes tem baixo poder preditivo para humanos e essa é uma das principais razões pelas quais aproximadamente 90% dos medicamentos falham nos ensaios clínicos. Em segundo lugar, quando os testes passam à fase de ensaios em humanos, muitas das pessoas que testam os medicamentos podem sofrer efeitos secundários indesejáveis. Na maioria dos casos, os benefícios superam os riscos, mas ainda assim o nível de efeitos secundários indesejáveis pode ser significativamente reduzido através de uma melhoria no tipo de testes de medicamentos em humanos.

Assim sendo, fica claro que existe uma grande necessidade de soluções inovadoras para testar medicamentos, estudar doenças e desenvolver terapias personalizadas. Entre as inovações mais promissoras está a tecnologia de órgãos-em-chip (organ-on-chip (OOC)). Esta tecnologia usa circuitos integrados para emular a função de órgãos humanos num microambiente controlado. Esta tecnologia visa replicar as propriedades fisiológicas e funcionais dos órgãos humanos numa plataforma em micro ou nano-escala. Os sistemas OOC são constituídos por canais microfluídicos revestidos com células vivas que imitam as estruturas e funções de órgãos específicos. Ao emular o microambiente dos órgãos, os OOCs prometem ser uma ferramenta poderosa para o desenvolvimento de medicamentos, modelação de doenças e medicina personalizada. Os OOCs permitirão o desenvolvimento de tratamentos mais eficazes, permitindo testes controlados de eficácia, toxicidade e farmacocinética de medicamentos, bem como modelagem da fisiopatologia da doença.

Uma das vantagens da tecnologia OOCs é que esta pode ser adaptada para desenvolver terapias personalizadas. As células de um paciente específico podem ser cultivadas num circuito integrado para testar a resposta a diferentes tratamentos, permitindo a personalização das terapias com base nas características únicas do paciente. Isso é particularmente útil no tratamento de cancro, onde a resposta a quimioterápicos pode variar significativamente entre os pacientes.

A criação de um OOC funcional requer a integração de múltiplos componentes complexos, incluindo microcanais, sensores, atuadores e circuitos de controle. A miniaturização e integração de todos esses elementos em um dispositivo funcional é um desafio significativo. O projeto de investigação UNLOOC (https://www.unlooc.eu) une 51 organizações entre institutos de investigação (24), grandes empresas (10) e pequenas e médias empresas (17). Os parceiros vêm de 10 países europeus: a Bélgica, Alemanha, Hungria, Irlanda, Itália, Holanda, Portugal, Roménia, Espanha e Suíça. Em Portugal, estão envolvidos o Instituto Superior Técnico, o Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores, Investigação e Desenvolvimento – INESC-ID, o Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores para os Microsistemas e Nanotecnologias – INESC-MN (uma universidade e dois institutos de investigação de excelência na Europa) e a empresa Silicon Gate, líder de mercado internacional em desenho de circuitos integrados analógicos para Power Management.

Os circuitos integrados analógicos desenvolvidos em Portugal pelos parceiros do UNLOOC são fundamentais para o funcionamento e avanço da tecnologia de OOC. Eles permitem o controle preciso e a monitorização em tempo real de condições microambientais, essenciais para a simulação das funções dos órgãos humanos. A aplicação desta tecnologia promete revolucionar o desenvolvimento de medicamentos, a investigação sobre doenças e a medicina personalizada, enquanto reduz a dependência de testes em animais. No entanto, significativos desafios técnicos ainda existem e são estes os que o projeto UNLOOC visa resolver. Para tal, existe uma necessidade de efetuar esforços contínuos em investigação e desenvolvimento nesta área. Com avanços contínuos, a tecnologia de órgãos-em-chip tem o potencial de transformar a biomedicina, proporcionando novos insights e soluções para alguns dos problemas mais complexos da saúde humana.

Professor do Instituto Superior Técnico / Investigador no Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores, Investigação e Desenvolvimento (INESC-ID)