Organ-on-a-chip: A Miniaturização das Funções Fisiológicas do Corpo Humano
Larissa Cristiane Souza Prote¹, Maria Eduarda de Sousa Silva¹, Melissa Gomes Santana², Bruna Santinelli¹, Sabrina Sayra Reis Duarte¹, Erika Bennaia Ribeiro dos Reis¹
Graduandas do curso de Bioquímica (UFSJ-CCO)
Graduanda do curso de Farmácia (UFSJ-CCO)
v.3, n.9, 2025
Setembro de 2025
Em 2010, Donald Ingber e Dan Huh, dois pesquisadores do Wyss Institute, da Universidade de Harvard, criaram o que parecia impossível: um microchip feito de silicone capaz de reproduzir as funções do pulmão humano. Esse dispositivo transparente, chamado de lung-on-a-chip (ou “pulmão em um chip”, em tradução livre) apresentava o tamanho de uma borracha escolar e continha células vivas do pulmão humano e dos vasos sanguíneos. A estrutura do lung-on-a-chip foi projetada em dois canais separados por uma membrana porosa e flexível, onde as células foram cultivadas. Em um canal o ar passa, enquanto no outro canal, flui um líquido que imita o sangue: reproduzindo o contato e as trocas ar-sangue que ocorrem no pulmão real. Desta forma, foi modelado com precisão o funcionamento do sistema respiratório em um microchip, sendo possível simular a entrada de ar, trocas gasosas e resposta imune (visando a defesa contra infecções, por exemplo) [1].
O desenvolvimento do lung-on-a-chip [2] rendeu aos pesquisadores responsáveis e ao instituto bastante reconhecimento [3], especialmente por impulsionar o uso da microfluídica — ciência que controla o fluxo de líquidos em canais muito pequenos, microscópicos — e da microarquitetura 3D — forma tridimensional em miniatura que organiza células para simular tecidos humanos — [4] dentro da biologia [5]. Desde então, muitos outros sistemas fisiológicos foram modelados em microchips, chamados de forma geral de organ-on-a-chip (“órgão em um chip”) (Figura 1) [6], como por exemplo: heart-on-a-chip [7], gut-on-a-chip [8], liver-on-a-chip [9], brain-on-a-chip [10], uterus-on-a-chip [11], e cornea-on-a-chip [12] (respectivamente: coração, intestino, fígado, cérebro, útero e córnea em um chip).
Figura 1: Organ-on-a-chip: microchip que simula, em miniatura, funções de órgãos humanos.
Fonte: National Center for Advancing Translational Sciences, licenciada sob CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/).
Há ainda sistemas mais avançados e ambiciosos que integram múltiplos órgãos em um único chip, chamados de multiorgan-on-a-chip (“múltiplos órgãos em um chip”) [13] ou até mesmo body-on-a-chip (“corpo em um chip”) [14], capazes de reproduzir a comunicação entre diferentes tecidos, simulando com mais precisão o metabolismo e os efeitos sistêmicos de medicamentos [15]. O estudo detalhado dessa dinâmica permitiu expandir o entendimento sobre sistemas farmacológicos (estudando interações entre medicamentos e o corpo humano) [16], análises de toxicidade [17], metabolismo de substâncias [18], avaliação de eficácia [19], além de ajudar a entender melhor doenças complexas, como câncer [20] e infecções respiratórias [21]. Também possibilitou investigar como atuam barreiras biológicas do corpo [22], como a que protege o cérebro [23], tudo isso sem a necessidade de recorrer a modelos vivos (as ditas cobaias, por exemplo) [24], proporcionando uma alternativa mais ética e menos invasiva ao uso de animais em experimentos científicos.
Apesar de os organ-on-a-chip (Figura 2) terem demonstrado ser uma alternativa revolucionária e inovadora, esses sistemas ainda enfrentam desafios significativos [25]. Eles exigem procedimentos padronizados complexos e apresentam limitações quanto à incorporação de células do sistema imune: o que dificulta a reprodução completa de algumas respostas biológicas [26]. São também limitações relevantes o fato de demandarem equipamentos sofisticados e possuírem custos elevados [27], o que restringe sua aplicação a laboratórios especializados e dificulta o acesso em regiões com menor infraestrutura laboratorial. A expectativa é que essas barreiras sejam superadas com os avanços contínuos na bioengenharia. O aperfeiçoamento desses microchips permitirá maior fidelidade na reprodução dos sistemas biológicos [28], contribuindo para potencialmente reduzir o uso de animais em pesquisa e melhorar a aplicação de células humanas em modelos mais representativos, mais fiéis à realidade. Além disso, podem também auxiliar no desenvolvimento de tratamentos personalizados baseados em perfis biológicos (características moleculares, genéticas e fisiológicas específicas de cada indivíduo) de pacientes [29].
Figura 2: Brain-on-a-chip: camadas internas simulam neurônios, vasos e barreiras do cérebro em escala microscópica.
Fonte: National Center for Advancing Translational Sciences, licenciada sob CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/)
Portanto, os organ-on-a-chip oferecem uma plataforma visionária e minuciosa da fisiologia humana (estudando-se o funcionamento do organismo), sendo um novo caminho para as terapias personalizadas, com benefícios éticos e científicos significativos para o futuro da medicina. Essa tecnologia pode permitir a simulação precisa de doenças, acelerar a descoberta de medicamentos, e, com o avanço da área, reduzir custos e riscos dos testes em humanos e animais. A integração dos sistemas de organ-on-a-chip com os avanços em inteligência artificial [30], biologia sintética [31] e medicina personalizada tem o potencial para transformar a pesquisa biomédica e a prática clínica, trazendo terapias mais eficazes, aceleradas e seguras.
Referências Bibliográficas
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[3] Wyss Institute. 2015. Human organs-on-chips named design of the Year 2015. Disponível através do link: https://wyss.harvard.edu/news/human-organs-on-chips-named-design-of-the-year-2015. Acesso em: 07 set. 2025.
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