Este innovador proyecto de investigación interdisciplinar combina la ingeniería de microsistemas, la bioelectrónica y el cultivo de tejidos para desarrollar un «órgano en un chip», o sistema microfisiológico (MPS), que simule la contracción del músculo esquelético en condiciones fisiológicas y fisiopatológicas. A partir de biopsias de músculo esquelético humano obtenidas de cohortes de pacientes sanos, el reto científico consiste en recrear microtejidos musculares in vitro para reproducir la complejidad de la fisiología de este órgano. El objetivo a largo plazo es utilizar este mismo dispositivo en pacientes con miopatía adquirida asociada a disfunción orgánica*, y así comparar ambos estados, desde el nivel molecular hasta el tisular.
Prácticas de segundo curso de máster: 6 meses, de enero a junio de 2027. El estudiante debe tener formación en biología, concretamente en biología celular (se valorará la experiencia en cultivos celulares y microscopía), así como interés por la física y la electrónica. El proyecto requiere que el estudiante trabaje en dos laboratorios diferentes, adaptándose tanto a un enfoque orientado a la física y la electrónica como a su aplicación a la investigación biológica.
Nuestro enfoque inicial consiste en modelar un músculo anular (por ejemplo, un esfínter) para poner a prueba nuestra capacidad de diseñar moldes en PDMS y adaptar la integración de tecnologías de sensores y/o actuadores múltiples y/o multiparamétricos para monitorizar procesos biológicos normales y, posteriormente, patológicos. Más concretamente, desarrollaremos pocillos de cultivo en un polímero a base de silicona (PDMS) utilizando dispositivos impresos en 3D para crear entornos de cultivo toroidales con los que generar modelos musculares con forma de esfínter. Estas estructuras permiten la contracción muscular alrededor del pilar central y la medición de dichas contracciones mediante microscopía de vacío. Tenemos previsto registrar un fenómeno de contracción homogénea en casos sanos y una desincronización de este mismo fenómeno en la configuración patológica.
En una segunda fase, tenemos previsto integrar en estos pocillos de cultivo una matriz de micropalancas similar a las desarrolladas por el equipo del IES para medir la electrofisiología interna de los organoides. Estas micropalancas también están equipadas con sensores de flexión. Mediante una disposición radial de las micropalancas, colocadas en un pocillo de cultivo toroidal, pretendemos investigar la posibilidad de estimular y registrar la actividad eléctrica de los esfínteres, así como sus contracciones mecánicas.
El estudiante seleccionado para este trabajo participará en técnicas de cultivo celular (aislamiento, diferenciación y manipulación de fibroblastos y mioblastos) para preparar modelos de «tejido en un chip». Asimismo, participará, de forma simultánea, en el laboratorio del IES en el desarrollo de moldes de PDMS para modelar organoides según modelos predefinidos (esfínter/micropalanca). Por último, este periodo de seis meses incluirá ensayos iniciales de estimulación eléctrica utilizando tecnologías microfluídicas y matrices de microelectrodos (MEA) para registrar las primeras respuestas de estos modelos celulares avanzados.
Nuestra perspectiva a largo plazo se basa en un enfoque multiorgánico para comprender y tratar enfermedades sistémicas o interorgánicas, en particular mediante la integración de otros tejidos (por ejemplo, el tejido nervioso).