Investigadores del IDIBELL y el IMB-CNM han desarrollado un nuevo modelo cardíaco vascularizado, un chip integrado en tejido cardíaco vivo generado a partir de células madre humanas, que permitiría avanzar en la comprensión de la cardiotoxicidad, una de las principales barreras a las que se enfrenta el desarrollo de fármacos en la actualidad.
El nuevo modelo se plantea como una alternativa emergente para reducir el uso de modelos animales y evitar el descarte de fármacos prometedores por sobreestimar su toxicidad cardíaca.
L’Hospitalet de Llobregat, 22 de julio de 2026.- El desarrollo de nuevos medicamentos es un proceso largo, costoso y con una elevada tasa de fracaso: cerca del 90% de los candidatos a fármacos no superan el desarrollo clínico. Una de las principales causas es la cardiotoxicidad, los efectos adversos que algunos fármacos pueden provocar en el corazón y que, en muchos casos, no se detectan hasta llegar a fases avanzadas de los ensayos clínicos. Ahora, un equipo del Programa de Medicina Regenerativa del IDIBELL (RegenBell), liderado por el Dr. Ángel Raya, junto con el Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM-CSIC), ha desarrollado un “corazón en un chip” (Heart-on-a-Chip), un pequeño dispositivo microfluicídico capaz de reproducir aspectos claves del funcionamiento del corazón humano.
El equipo investigador lo ha presentado en un estudio reciente publicado en la revista Advanced Healthcare Materials. El modelo integra tres tipos de células cardíacas -cardiomiocitos, fibroblastos cardíacos y células endoteliales- derivadas de una misma línea de células madre, lo que permite recrear de forma más fiel la estructura y el comportamiento real del tejido vivo. Por eso, el chip, diseñado por bioingeniería y fabricado íntegramente en el IMB-CNM-CSIC podría mejorar significativamente la forma en que se evalúa la seguridad de los medicamentos antes de llegar al paciente.
Una alternativa más precisa a los modelos actuales
La mayoría de modelos experimentales utilizados actualmente para estudiar la toxicidad de los fármacos se basan en cardiomiocitos -células cardíacas especializadas en la contracción-, y exponen los compuestos directamente sobre el tejido. Sin embargo, este enfoque simplifica en exceso la compleja organización del corazón, olvidando otros tipos celulares importantes para la arquitectura tisular, además de no conseguir reproducir cómo llegan realmente los medicamentos al órgano en el cuerpo humano.
Para superar esta limitación, los investigadores han recurrido a los organ-on-a-chip (órganos en un chip), dispositivos microfluicídicos en los que las células vivas se organizan en compartimentos perfundidos (espacios) recreando el microambiente fisiológico. En esencia, replican en miniatura el funcionamiento de tejidos humanos. Su potencial ha despertado un gran interés en los últimos años como alternativa a los modelos animales utilizados en investigación biomédica.
“Tienen potencial para reducir la experimentación animal en los ensayos preclínicos, pero también para mejorar la fiabilidad de los modelos, ya que permiten trabajar con células humanas”, señala el Dr. José Yeste, investigador del IMB-CNM y uno de los autores del estudio. “Las células animales no siempre responden de la misma manera que las humanas ante determinados compuestos”, añade. No obstante, por el momento estas tecnologías continúan en fase de investigación y su aplicación industrial no está plenamente consolidada.
Un corazón en miniatura para evaluar fármacos
En este caso, el equipo ha desarrollado un “corazón en un chip” compuesto por tres capas de células: cardiomiocitos, fibroblastos cardíacos -dan consistencia y estructura al tejido- y células endoteliales -recubren los vasos sanguíneos- (véase la imagen 1). Las tres poblaciones celulares proceden de la misma línea de células madre, “lo que reduce enormemente la variabilidad genética y facilita que las interacciones entre las células se parezcan más a las que ocurren verdaderamente en el organismo”, explica el Dr. Ángel Raya, coordinador del RegenBell y codirector del estudio. Además, el punto diferencial lo aportan las células endoteliales. “Al incorporar la capa endotelial, los fármacos no se administran directamente sobre el tejido cardíaco, sino que atraviesan primero la capa vascular, imitando la llegada de los medicamentos al corazón a través de la circulación coronaria”, añade.
Imagen 1. Tricapa de células cardíacas que componen el “corazón en un chip”: cardiomiocitos, en verde; fibroblastos cardíacos, en turquesa; y células endoteliales, en rojo.
En cuanto a la tecnología, la investigadora del IMB-CNM y codirectora del estudio, la Dra. Rosa Villa, aclara que “el chip consiste en un sistema de canales microfluídicos que permite el cocultivo organizado de distintos tipos celulares, así como el control del flujo de nutrientes y compuestos”. Esta arquitectura facilita la observación del comportamiento celular en condiciones dinámicas, más cercanas a las del entorno fisiológico.
La capa endotelial: una forma de protección para el corazón
Para validar el modelo, el equipo ha estudiado su respuesta a distintos fármacos, como la doxorrubicina, un quimioterapéutico ampliamente utilizado y conocido por sus efectos cardiotóxicos. Los resultados han mostrado una diferencia significativa entre los modelos convencionales y el nuevo sistema tricapa con células endoteliales: en modelos sin capa endotelial, los cardiomiocitos sufren un deterioro estructural y funcional importante; mientras que, en modelos con células endoteliales, el tejido cardíaco mantiene gran parte de su capacidad contráctil y su organización celular.
Estos hallazgos sugieren que las células endoteliales ejercen un papel protector frente a determinados efectos tóxicos y que los modelos experimentales simplificados podrían estar sobreestimando la toxicidad cardíaca de algunos compuestos al no contar con endotelio. Según los investigadores, esta limitación podría contribuir al descarte prematuro de candidatos terapéuticos potencialmente útiles durante las fases preclínicas del desarrollo farmacológico.
Un paso más en la creación de tejidos humanos avanzados
Este trabajo se enmarca en la apuesta estratégica del IDIBELL por la medicina regenerativa y da continuidad a los avances desarrollados por el RegenBell en la construcción de modelos humanos cada vez más complejos y realistas. Si recientemente el grupo logró generar por primera vez tejido cardíaco mediante bioimpresión 3D (noticia), ahora y gracias a la colaboración con el IMB-CNM, que tiene una línea estratégica para fomentar el desarrollo de microtecnologías en el campo biomédico, da un paso más allá con la creación de un corazón miniaturizado y vascularizado en un chip capaz de reproducir con mayor fidelidad cómo responde el corazón humano a los medicamentos. El objetivo final es desarrollar sistemas experimentales cada vez más próximos a la fisiología humana que permitan comprender mejor las enfermedades, acelerar el desarrollo de nuevas terapias y reducir progresivamente la necesidad de utilizar modelos animales en investigación, con modelos preclínicos cada vez más precisos y trasladables a la práctica clínica.
El desarrollo de la plataforma ha sido posible gracias a una estrecha colaboración entre la tecnología del IMB-CNM y la biología del IDIBELL. Mientras que el IMB-CNM ha sido responsable del diseño y la fabricación del dispositivo microfluídico, el equipo del IDIBELL ha llevado a cabo la generación, integración y cultivo de las células cardíacas humanas. Ambos grupos forman parte del consorcio CIBER-BBN (Centro de Investigación Biomédica en Red de Biomateriales, Nanomedicina y Bioingeniería), una red que fomenta proyectos interdisciplinarios que, de hecho, fueron el origen de esta línea de investigación.
Sobre el IDIBELL
El Instituto de Investigación Biomédica de Bellvitge (IDIBELL) es un centro de investigación creado el 2004 especializado en cáncer, neurociencia, medicina translacional y medicina regenerativa. Cuenta con un equipo de más de 1.500 profesionales que, desde los 73 grupos de investigación, generan más de 1.400 artículos científicos al año. El IDIBELL está participado por el Hospital Universitario de Bellvitge y el Hospital de Viladecans del Instituto Catalán de la Salud, el Instituto Catalán de Oncología, la Universidad de Barcelona y el Ayuntamiento de L’Hospitalet de Llobregat.
IDIBELL es miembro del Campus de Excelencia Internacional de la Universidad de Barcelona HUBc y forma parte de la institución CERCA de la Generalitat de Catalunya. En 2009 se convirtió en uno de los cinco primeros centros de investigación españoles acreditados como instituto de investigación sanitaria por el Instituto de Salud Carlos III. Además, forma parte del programa “HR Excellence in Research” de la Unión Europea y es miembro de EATRIS y REGIC. Desde el año 2018, IDIBELL es un Centro Acreditado de la Fundación Científica AECC (FCAECC).
Sobre el IMB-CNM
