En un laboratorio, científicos han recreado un tumor humano con sus vasos sanguíneos y conexiones nerviosas en un dispositivo del tamaño de un sello postal. El experimento nos descubre hasta qué punto el entorno del cáncer condiciona su crecimiento, su capacidad de propagación y su respuesta a la quimioterapia.
Por Enrique Coperías, periodista científico
Pierfrancesco Pagella, investigador de la Universidad de Linköping (Suecia), ha dirigido el estudio que recrea las interacciones entre un tumor, los nervios y los vasos sanguíneos en un chip. Cortesía: Charlotte Perhammar / Linköping University
En una placa transparente del tamaño de un sello de correos crece un tumor humano rodeado de vasos sanguíneos artificiales y fibras nerviosas. Las células cancerosas se multiplican, se desplazan hacia los vasos, modifican su comportamiento según el tejido que las rodea y responden a los medicamentos de maneras que no siempre resultan previsibles. Todo sucede fuera del organismo, en un dispositivo microscópico que permite observar algunos de los procesos más complejos del cáncer en condiciones controladas.
Esta reconstrucción en miniatura de un entorno tumoral es el resultado de una investigación desarrollada por científicos de la Universidad de Linköping, en Suecia, en colaboración con el Politécnico de Milán, en Italia. El trabajo, publicado en la revista científica Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), presenta un modelo de órgano en un chip capaz de reproducir determinadas interacciones entre un tumor, los vasos sanguíneos, los nervios y la matriz extracelular, el entramado de sustancias que rodea y sostiene las células de nuestro cuerpo.
El avance parte de una idea fundamental en la investigación oncológica: un tumor no es simplemente una acumulación de células malignas, sino un ecosistema en el que intervienen numerosos componentes que pueden favorecer o modificar su desarrollo. Los vasos sanguíneos proporcionan oxígeno y nutrientes, pero también representan una vía de propagación. Los nervios pueden influir en el comportamiento de las células cancerosas y participar en el dolor asociado a la enfermedad. Y el tejido que rodea el tumor, lejos de constituir un soporte pasivo, condiciona su crecimiento, su capacidad invasiva y su sensibilidad a los tratamientos.
«Si queremos entender por qué un tumor crece, se disemina, provoca dolor o resiste los tratamientos, necesitamos modelos que reproduzcan sus interacciones con el entorno», explica Pierfrancesco Pagella, profesor de la Universidad de Linköping y responsable de la investigación.
Qué es un órgano en un chip y cómo permite estudiar el cáncer
Un órgano en un chip es un dispositivo microfluídico que reproduce algunas características estructurales y funcionales de un tejido u órgano humano mediante células vivas cultivadas en pequeños compartimentos conectados entre sí. Su finalidad no es construir un órgano completo, sino recrear determinadas condiciones biológicas para estudiar su funcionamiento, investigar enfermedades y evaluar posibles tratamientos.
En este caso, los científicos diseñaron un modelo de carcinoma escamoso de cabeza y cuello, un grupo de cánceres que pueden aparecer en la boca, la lengua, la faringe o la laringe. Estos tumores son especialmente complejos porque crecen en tejidos abundantemente irrigados e inervados y sus interacciones con el entorno pueden influir tanto en la progresión de la enfermedad como en la respuesta a los tratamientos. En los casos avanzados, el pronóstico continúa siendo desfavorable a pesar de los progresos de la cirugía, la radioterapia, la quimioterapia y la inmunoterapia.
El dispositivo desarrollado por los investigadores incorpora varias cámaras microscópicas conectadas entre sí. En una de ellas se cultivan células tumorales humanas obtenidas originalmente de pacientes, acompañadas de fibroblastos asociados al cáncer, unas células del tejido conjuntivo que pueden contribuir a crear condiciones favorables para el crecimiento tumoral. En otra cámara se reproduce una estructura vascular revestida de células endoteliales, las mismas que tapizan el interior de los vasos sanguíneos. Una tercera celda alberga estructuras nerviosas humanas.
Los compartimentos están comunicados mediante canales diminutos que permiten estudiar las interacciones celulares sin perder el control de las condiciones experimentales.
«En lugar de tener que investigar con animales o probar posibles medicamentos en humanos, queremos poder realizar pruebas en un único microsistema de laboratorio», señala Pagella en un comunicado de su universidad. Este bioingeniero destaca que el objetivo es disponer de modelos humanos más representativos que permitan comprender determinados mecanismos del cáncer antes de avanzar hacia estudios clínicos.
Imagen microscópica de células cancerosas adheridas a una superficie recubierta de moléculas de la matriz extracelular, cuyo papel resulta fundamental en el crecimiento y comportamiento de los tumores. Cortesía: Nathan Reticker-Flynn / MIT
La matriz extracelular: el entorno que cambia el comportamiento del tumor
Pero antes de incorporar vasos sanguíneos y nervios al órgano en un chip, Pagella y sus colegas tuvieron que resolver un problema menos visible y, sin embargo, decisivo: reproducir el ambiente físico y químico en el que viven las células.
La citada matriz extracelular es una red de proteínas y otras moléculas que proporciona soporte a los tejidos y que participa en la comunicación entre las células. Su composición, densidad y rigidez pueden modificar el comportamiento celular. Para recrearla, los investigadores diseñaron un hidrogel a partir de ácido hialurónico, colágeno, lamininas y otros componentes que permiten ajustar sus propiedades físicas y químicas. De este modo, podían modificar el entorno del tumor sin alterar necesariamente las células cancerosas que contenía.
Los científicos compararon este material con otros dos utilizados habitualmente en los laboratorios: la fibrina, una proteína implicada en la coagulación sanguínea, y Matrigel, una mezcla de sustancias de origen biológico que permite cultivar células en tres dimensiones. Los resultados pusieron sobre la mesa diferencias importantes. Las mismas células tumorales se organizaron de formas distintas dependiendo del material que las rodeaba. En la matriz diseñada por los investigadores tendían a formar agrupaciones compactas, mientras que en la fibrina adoptaban una distribución más dispersa y mostraban una actividad proliferativa mayor.
Un mismo cáncer puede activar programas genéticos diferentes
Las diferencias no se limitaban a la apariencia de los cultivos bajo la luz del microscopio. El análisis de la expresión génica —el proceso por el que una célula utiliza la información de sus genes para producir moléculas, principalmente proteínas, que determinan su funcionamiento y comportamiento— reveló importantes modificaciones en la actividad de las células.
Al comparar las cultivadas en fibrina con las mantenidas en la matriz artificial, los investigadores identificaron 1.022 genes con diferencias significativas de expresión. Estos cambios afectaban a procesos relacionados con la proliferación, la comunicación celular, la inflamación y las características de las células malignas.
El hallazgo tiene consecuencias para la investigación biomédica: dos modelos que contienen las mismas poblaciones celulares pueden ofrecer resultados distintos si el entorno en el que se cultivan no es equivalente.
➡️ La principal conclusión es que la matriz extracelular no constituye un simple soporte físico. También contribuye a determinar el comportamiento biológico de las células tumorales.
Cómo las células cancerosas invaden los vasos sanguíneos
La siguiente fase de este trabajo científico consistió en incorporar al dispositivo una estructura semejante a un vaso sanguíneo.
Para ello, los investigadores crearon un conducto microscópico recubierto de células endoteliales y lo situaron junto a las agrupaciones tumorales. De esta manera, pudieron observar cómo se comportaban las células cancerosas cuando tenían cerca una posible vía de invasión.
La respuesta no tardó en producirse. En pocos días, las células comenzaron a desplazarse hacia el conducto vascular y algunas consiguieron atravesar la barrera endotelial. Sin embargo, la forma de avanzar dependía nuevamente de la matriz extracelular.
En la fibrina, las células migraban por múltiples trayectorias y penetraban de manera más extendida en el compartimento vascular. En la matriz artificial, en cambio, tendían a formar grupos compactos que avanzaban conjuntamente por frentes de invasión más delimitados.
«Vimos que las células cancerosas reaccionaban al vaso sanguíneo cercano, avanzaban rápido hacia él y lo invadían», comenta Pagella, quien subraya que su comportamiento cambiaba notablemente según la composición del entorno.
La invasión de los vasos sanguíneos constituye una etapa importante en la posible diseminación del cáncer, porque puede permitir que las células malignas accedan a la circulación. Sin embargo, observar invasión vascular en un chip no significa demostrar que se hayan producido metástasis, un proceso mucho más complejo que implica otros órganos y mecanismos biológicos.
Dispositivo de órgano en un chip desarrollado por investigadores de las universidades de Linköping y el Politécnico de Milán para estudiar cómo interactúan las células cancerosas con los nervios, los vasos sanguíneos y su entorno. Cortesía: Charlotte Perhammar / Linköping University
La respuesta a la quimioterapia también depende del entorno tumoral
Los investigadores aprovecharon también el conducto vascular para administrar cisplatino, un medicamento utilizado habitualmente contra el cáncer de cabeza y cuello. El objetivo era comprobar si la composición de la matriz extracelular influía en la respuesta al tratamiento. Los resultados mostraron que sí, pero también revelaron una complejidad adicional.
En los cultivos tridimensionales aislados, la matriz artificial se asociaba con una mayor proporción de células que entraban en apoptosis, un proceso de muerte celular programada mediante el cual el organismo elimina de forma controlada células dañadas, envejecidas o innecesarias, sin provocar inflamación.
Sin embargo, cuando el medicamento se administraba a través del conducto vascular del chip, los cultivos desarrollados en fibrina mostraban una mayor reducción de la carga tumoral en el compartimento original. El cisplatino también reducía la presencia de células tumorales en la región vascular, independientemente de la matriz utilizada.
Estos resultados indican que la eficacia observada de un medicamento no depende únicamente de las características de las células cancerosas. También intervienen la arquitectura del tumor, las relaciones entre las distintas poblaciones celulares y las condiciones en las que el tratamiento llega hasta ellas.
La diferencia entre los resultados obtenidos en cultivos aislados y en el dispositivo vascularizado muestra por qué es importante estudiar los tratamientos en modelos que incorporen parte de la complejidad del organismo humano.
Los nervios pueden modificar el crecimiento y la invasión del cáncer
El último paso fue incorporar los nervios. Para conseguirlo, los investigadores utilizaron células madre embrionarias humanas, que diferenciaron hasta obtener estructuras tridimensionales semejantes a los ganglios del trigémino, relacionados con la sensibilidad de la cara y la boca.
Una vez introducidas en el dispositivo, estas estructuras extendieron prolongaciones nerviosas hacia las agrupaciones tumorales. En pocos días, los axones habían crecido alrededor de las células cancerosas y establecido un contacto estrecho con ellas.
El resultado fue especialmente llamativo. Los cultivos que recibieron inervación desarrollaron masas tumorales de mayor tamaño, pero presentaron una menor proporción de área tumoral dentro del compartimento vascular que los cultivos sin nervios. El resultado sugiere que la presencia de nervios puede modificar en paralelo distintos aspectos del comportamiento tumoral, sin que todos evolucionen necesariamente en la misma dirección.
«En nuestro sistema tridimensional observamos que los tumores en contacto con los nervios tenían menos tendencia a invadir los vasos sanguíneos, pero al mismo tiempo crecían más», dice Pagella.
Este comportamiento sugiere que los nervios pueden modificar distintos aspectos del desarrollo tumoral, aunque los investigadores todavía desconocen los mecanismos responsables. Entre las posibles explicaciones figuran las señales químicas liberadas por las terminaciones nerviosas, la comunicación eléctrica y las interacciones físicas entre los axones y las células cancerosas.
Los resultados también abren una línea de investigación sobre el dolor asociado al cáncer de cabeza y cuello. El nervio trigémino participa en la transmisión de señales sensitivas de la región facial, por lo que disponer de estructuras nerviosas humanas integradas en un modelo tumoral podría ayudar a investigar futuras relaciones entre actividad neuronal, crecimiento del cáncer y dolor.
No obstante, el estudio no ha demostrado que el dispositivo reproduzca la experiencia del dolor ni permite concluir que los nervios reduzcan las metástasis en los pacientes.
Imagen microscópica de células cancerosas invadiendo el entorno de un tumor recreado en un chip. Estas interacciones son fundamentales para comprender cómo se propaga el cáncer. En verde, el citoesqueleto celular; en azul, los núcleos. Cortesía: Kalpana Ravi y Mehdi Nikkhah.
Hacia modelos de cáncer más realistas y tratamientos mejor estudiados
Pese a sus posibilidades, el nuevo órgano en un chip aún está lejos de reproducir toda la complejidad del organismo humano. Aunque combina tejido tumoral, una estructura vascular y fibras nerviosas, le faltan componentes esenciales del sistema inmunitario. Además, las estructuras vasculares que incorpora son mucho más sencillas que los vasos sanguíneos reales.
Por otro lado, los experimentos destinados a estudiar la influencia de los nervios utilizaron un número reducido de dispositivos, por lo que serán necesarios nuevos trabajos para confirmar los resultados y determinar sus mecanismos.
Aun así, el sistema representa un avance para la investigación preclínica. Su diseño modular permite estudiar por separado o conjuntamente distintas interacciones, modificar las propiedades de la matriz extracelular y analizar cómo responden las células cancerosas a determinados tratamientos.
Los investigadores consideran que esta tecnología podría adaptarse a otros tumores sólidos y contribuir, tras nuevas validaciones, al desarrollo de pruebas farmacológicas más representativas de la biología humana. También podría ayudar a reducir el uso de animales en determinadas fases de la investigación biomédica, aunque no sustituye por sí sola los ensayos clínicos.
El valor del dispositivo no reside en haber construido un cáncer completo en miniatura, sino en permitir observar con precisión algunas de las relaciones que determinan su comportamiento. Porque entender por qué un tumor crece, invade otros tejidos o resiste un tratamiento exige estudiar no solo las células malignas, sino también el entorno que las rodea y condiciona su destino.▪️(13 de noviembre de 2026)
Órganos en un chip y cáncer: las claves del avance
Cómo funcionan estos modelos de laboratorio, qué revelan sobre los tumores y hasta dónde llegan sus posibilidades para estudiar nuevos tratamientos.
¿Qué es un órgano en un chip utilizado para investigar el cáncer?
Es un dispositivo microfluídico que permite cultivar células tumorales humanas junto a otros componentes de su entorno, como vasos sanguíneos o nervios. Reproduce determinadas condiciones biológicas para estudiar el comportamiento del cáncer y su respuesta a los medicamentos.
¿Cómo influyen los nervios en el crecimiento de un tumor?
Los nervios pueden comunicarse con las células cancerosas mediante señales químicas, eléctricas y contactos físicos. En este estudio, la presencia de fibras nerviosas se asoció con masas tumorales mayores y una menor proporción de invasión vascular, aunque los mecanismos responsables todavía no se conocen.
¿Puede un órgano en un chip predecir qué quimioterapia funcionará mejor?
Estos dispositivos permiten comparar respuestas a medicamentos en condiciones experimentales controladas. Sin embargo, el modelo presentado todavía no ha demostrado capacidad para predecir la respuesta clínica individual de los pacientes y necesita nuevas validaciones.
¿Pueden estos dispositivos sustituir los experimentos con animales?
Podrían reducir la necesidad de utilizar animales en determinadas investigaciones y proporcionar información específica sobre células humanas. Sin embargo, actualmente no reproducen todas las interacciones de un organismo completo ni sustituyen automáticamente las pruebas necesarias para autorizar un tratamiento.
Información facilitada por la Universidad de Linköpiing
Fuente: A. M. Pignataro, C. C. Schwarz, E. Wiechec, A. Cordiale, S. Sasikumar, A. Jenssen, T. Ariyaberg, L. P. Khare, E. H. Apu, K. Roberg, S. Naeimipour, G. Basile Carballo, M. Szczot, D. Aili, M. Rasponi, & P. Pagella. An innervated and vascularized HNSCC-on-a-chip model built on defined and tunable engineered extracellular matrices. PNAS (2026). DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2602541123
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