Validar los beneficios de un producto funcional a partir de modelos biológicos celulares

La industria que desarrolla productos con funciones específicas necesita demostrar no sólo la calidad y seguridad de estos productos sino, sus propiedades beneficiosas atribuidas. Para ello, es necesario disponer de sistemas experimentales que permitan evaluar y caracterizar la funcionalidad de sus ingredientes.¿Cómo hacerlo?

Los modelos biológicos permiten caracterizar el impacto sobre la salud de distintos productos alimentos, nuevos materiales para prótesis, la toxicidad de compuestos de uso tópico, entre otros, y esto facilita a las empresas el desarrollo de productos más específicos, de mayor valor añadido, y seguros, siguiendo los reglamentos de  entidades como la EFSA (Agencia Europa para la Seguridad alimentaria) y REACH (Regulación de la Comunidad Europea sobre sustancias químicas y su el uso seguro (EC 1907/2006).) 

La utilización de modelos biológicos celulares permiten una experimentación de forma controlada que es capaz de acortar los plazos de obtención de resultados y de realizar ensayos y por tanto reducir los recursos necesarios en materias primas e infraestructuras, suponiendo un ahorro importante de costes. Además obtenemos una mejora en la detección y estudio del mecanismo de acción de funcionalidades en diversos sectores como el alimentario, el cosmético, el de higiene industrial, el farmacéutico, etc…

Caracterizar los efectos sobre la salud
 

En función del tipo de producto y uso, la caracterización de las propiedades y los efectos sobre la salud se realiza a distintos niveles, tanto “in vitro” como “in vivo”.

-Son varios los factores que dificultan en gran medida la realización de estudios “in vivo” tanto por motivos éticos como técnicos, económicos, medio ambientales, etc…

-La utilización y el desarrollo de nuevos modelos biológicos "in vitro" es de gran importancia porque constituyen una herramienta fundamental tanto durante la investigación como durante de validación funcional de los productos. Los modelos biológicos in vitro pueden referirse a microorganismos, animales mamíferos y a los cultivos celulares.

La selección del modelo o modelos más adecuados es importante, porque ha de ser capaz de simular los procesos fisiológicos de interés, de forma que los resultados obtenidos sean reproducibles y extrapolables a lo que ocurre en el organismo. En este sentido, el uso de modelos celulares, microbiológicos o combinación de ambos está tomando especial relevancia.

El desarrollo de modelos biológicos complejos para el estudio “in vitro” e “in vivo” de procesos metabólicos están relacionados con la salud y calidad de vida. En particular, estos modelos pretenden simular a escala de laboratorio y de una forma lo más fidedigna posible, las complejas relaciones que se pueden observar en aquellos tejidos humanos que tienen un papel relevante en la calidad de vida como son por ejemplo, la alimentación, la cosmética o la farmacia.

Surge así la necesidad de dar respuesta a las demandas de las empresas que necesiten demostrar la efectividad y seguridad de sus productos desarrollando nuevos modelos complejos que contemplen tanto el empleo de tejidos biológicos basados en células eucariotas (básicamente obtenidas de mamíferos y que permiten evaluar la funcionalidad de compuestos sobre la piel, mucosas, glándulas o), como células procariotas (bacterias, levaduras…) que interaccionan en determinados casos (flora intestinal, biofilm bucal, prótesis y otras superficies inertes) entre ellas.

De esta forma se pueden estudiar los aspectos que contribuyen a la mejora de la salud de forma preventiva (como es el caso, sustancias naturales bioactivas, protectores cutáneos, higiene bucal, cosmética…) como en los aspectos más relacionados con la curación (empleo de antibióticos y estudio de resistencias, sistemas de regeneración cutánea, nuevas estrategias en la lucha contra microorganismos patógenos…) o su posible toxicidad (dosis máximas admisibles, irritabilidad, efectos sobre flora intestinal…)

Experiencia de ainia
 

En ainia estamos trabajando en diferentes modelos que aportan, frente a los modelos actuales, la integración de las células de forma especializada y organizada en un tejido complejo. Así se puede estudiar el efecto de los compuestos a evaluar de forma sinérgica y complementaria. Un ejemplo de ello es el modelo epitelial. A partir de este modelo se podrá reproducir a escala de laboratorio tejidos, como la piel  o el epitelio intestinal, e investigar la salud humana evaluando el efecto sobre distintos procesos fisiológicos como la protección dérmica, la secreción, excreción, transporte y absorción de sustancias, así como la recepción sensorial. La aplicabilidad de este modelo es muy amplia incluyendo la industria alimentaria, farmacéutica, biomédica y biomateriales.

Del mismo modo, en aquellos modelos en los que entra en juego la influencia de microorganismos y células procariotas, sucede que en muy pocas ocasiones, las investigaciones biotecnológicas utilizan modelos complejos, dada la gran dificultad de replicar de forma idéntica el entorno y condiciones en los que se desarrollan, lo cual redunda en la necesidad de realizar una mayor cantidad de pruebas experimentales.

Es por ello que ainia está trabajando en un proyecto, BIOMODEL, financiado por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) y el IMPIVA, que desarrollará modelos biológicos complejos estandarizados como herramienta de diagnóstico de la funcionalidad, bioactividad, resistencia o persistencia de compuestos en un determinado medio ambiente. Esto permitirá disponer de modelos fiables y reproducibles, optimizando el número de pruebas experimentales asociadas y aportando un importante avance cualitativo en la evaluación de la respuesta biológica.

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