Todos os anos, mais de 100 milhões de animais são usados em experimentos laboratoriais em todo o mundo science.rspca.org.uk. No entanto, apesar dessa escala de testes em animais, cerca de 90% dos candidatos a medicamentos que parecem promissores em animais acabam falhando em testes em humanos cen.acs.org. Surge então a tecnologia organ-on-a-chip – uma alternativa inovadora que visa imitar órgãos humanos em microchips e melhorar drasticamente os testes de medicamentos sem a necessidade de animais de laboratório. Esses pequenos dispositivos, revestidos com células humanas vivas, podem recriar as funções principais de corações, pulmões, fígados e outros órgãos, oferecendo uma plataforma de testes mais relevante para humanos. Reguladores e cientistas estão atentos: novas leis e políticas estão incentivando métodos sem uso de animais, empresas estão correndo para desenvolver sistemas organ-on-chip, e especialistas apontam essa abordagem como um possível divisor de águas para a medicina e o bem-estar animal. Neste relatório, explicaremos o que é a tecnologia organ-on-a-chip, como ela funciona, avanços científicos recentes, seus benefícios em relação aos testes tradicionais em animais, os desafios futuros, desenvolvimentos regulatórios globais, atividades da indústria e as implicações éticas de um futuro com testes de medicamentos sem animais.
O Que É a Tecnologia Organ-on-a-Chip e Como Ela Funciona?
Um organ-on-a-chip (OOC) é um dispositivo em miniatura, geralmente do tamanho de um pen drive ou lâmina de microscópio, que contém minúsculos canais ocos revestidos com células humanas vivas para simular as funções de um órgão real cen.acs.org, clarivate.com. Em essência, os pesquisadores colocam células humanas (por exemplo, células do pulmão, fígado, cérebro, etc.) em uma câmara microengenheirada que fornece um ambiente 3D semelhante ao corpo humano. Essas câmaras fazem parte de uma rede microfluídica – minúsculos canais que fornecem continuamente nutrientes, oxigênio e sinais bioquímicos, assim como o sangue flui pelos vasos nist.gov. O microchip também pode incorporar forças mecânicas para imitar movimentos dos órgãos: por exemplo, um lung-on-a-chip pode esticar e relaxar ritmicamente a membrana celular para simular movimentos respiratórios gao.gov.
Dispositivos organ-on-a-chip não são chips eletrônicos de silício, mas polímeros transparentes e flexíveis onde as células podem crescer e interagir. Eles criam um “ambiente fisiológico miniaturizado” para as células, o que significa que as células experimentam condições (fluxo de fluido, nutrição, estresse mecânico) semelhantes às de um órgão humano real nist.gov. Como vários tipos celulares podem ser incluídos, um organ chip pode replicar interfaces complexas de tecidos. Por exemplo, um chip de pulmão pode ter uma camada de células alveolares de um lado de uma membrana porosa e células de vasos sanguíneos capilares do outro, permitindo interação assim como em um pulmão real. Um fígado-em-um-chip pode incluir hepatócitos (células do fígado) juntamente com células endoteliais de suporte e células imunes (células de Kupffer) para imitar a microarquitetura do fígado clarivate.com. Esses chips são mantidos vivos em incubadoras, e sensores ou microscópios podem monitorar como o “mini órgão” responde a medicamentos, produtos químicos ou condições de doença em tempo real.
Ao imitar o microambiente de um órgão humano, os organ chips permitem que pesquisadores observem diretamente as respostas celulares humanas sem colocar uma pessoa viva ou animal em risco nist.gov. Na prática, eles servem como uma ponte entre os testes convencionais in vitro (células em uma placa) e os testes in vivo (animais), oferecendo um sistema de teste controlado baseado em humanos. “Chama-se organ-on-a-chip, e envolve cultivar tecido real de um órgão humano em uma pequena estrutura que imita o que esse tecido experimentaria dentro de um corpo”, explica um relatório do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia dos EUA nist.gov. A esperança é que esses chips prevejam como um medicamento afeta órgãos humanos com mais precisão do que os modelos animais. Cientistas já construíram chips para muitos órgãos individuais – pulmão, fígado, coração, rim, intestino, cérebro, pele e outros – cada um capturando aspectos-chave da biologia desse órgão clarivate.com.
Notavelmente, pesquisadores também estão combinando múltiplos organ chips para simular partes maiores da fisiologia humana. Esses sistemas “corpo-em-um-chip” de múltiplos órgãos conectam o fluxo sanguíneo microfluídico de vários compartimentos de órgãos, de modo que a saída de um chip (por exemplo, metabolismo de um medicamento pelo fígado) alimenta a entrada de outro (por exemplo, efeito no coração ou rim) gao.gov. Em uma demonstração inovadora, uma equipe da Universidade de Columbia conectou quatro tecidos de órgãos humanos (coração, fígado, osso e pele) em um único chip com um fluido circulante que imita o sangue e células imunológicas, criando efetivamente um modelo miniaturizado da fisiologia humana engineering.columbia.edu. Todo o dispositivo tinha apenas o tamanho de uma lâmina de microscópio, mas manteve os tecidos vivos e comunicando-se por semanas – um grande avanço para modelar doenças sistêmicas complexas fora do corpo. “Esta é uma grande conquista para nós… agora finalmente desenvolvemos esta plataforma que captura com sucesso a biologia das interações entre órgãos no corpo”, disse a líder do projeto, Professora Gordana Vunjak-Novakovic engineering.columbia.edu. Esses avanços sugerem um futuro em que um “humano-em-um-chip” possa ser usado para testar como um novo medicamento pode afetar múltiplos sistemas de órgãos antes que qualquer humano ou animal seja exposto.
Avanços Recentes e Progresso Científico
A tecnologia de órgão-em-um-chip progrediu rapidamente do conceito à realidade na última década, e os anos recentes têm visto avanços notáveis. Um avanço que ganhou manchetes foi o desenvolvimento de chips de múltiplos órgãos, como mencionado acima. Em 2022, cientistas relataram o primeiro chip de múltiplos órgãos plug-and-play com vários tecidos humanos maduros interligados por um fluxo vascular engineering.columbia.edu. Esse sistema permitiu que os diferentes tecidos de órgãos “conversassem” quimicamente entre si, assim como ocorre em nossos corpos. Significativamente, todos os tecidos foram derivados das mesmas células-tronco humanas, o que significa que o chip efetivamente imitava a biologia de um paciente específico – abrindo caminho para testes de medicamentos verdadeiramente personalizados no futuro engineering.columbia.edu. A capacidade de manter a funcionalidade de múltiplos órgãos por semanas em um chip é um grande salto técnico; isso exigiu soluções inovadoras para dar a cada tecido seu próprio ambiente ideal, enquanto ainda trocava sinais por meio de uma “corrente sanguínea” comum no chip engineering.columbia.edu. Esse avanço chamou atenção, pois pode modelar doenças complexas (como o câncer se espalhando por múltiplos órgãos, ou interações medicamentosas entre coração e fígado) que chips de órgão único não conseguem capturar.
Além da integração de múltiplos órgãos, pesquisadores têm expandido as capacidades dos modelos de órgão-em-um-chip de outras formas. Por exemplo, novos designs de chips incorporam cada vez mais sensores e técnicas de imagem que permitem o monitoramento contínuo das respostas dos tecidos (como a atividade elétrica de células cardíacas ou níveis de oxigênio em um chip de pulmão) em tempo real. Também há uma tendência de integrar inteligência artificial (IA) e modelos computacionais com chips de órgãos. Algoritmos de IA podem ajudar a projetar experimentos mais preditivos e analisar os dados complexos que os chips de órgãos produzem clarivate.com. Um artigo recente observa que avanços em IA estão melhorando o design experimental e a interpretação de dados de órgão-em-um-chip, sugerindo que algoritmos inteligentes podem otimizar como usamos esses chips para prever efeitos de medicamentos com mais precisão clarivate.com.
Cientistas também estão explorando técnicas de bioimpressão 3D para fabricar sistemas de órgão-em-chip com ainda mais realismo blogs.rsc.org. A bioimpressão pode criar estruturas tridimensionais de tecido (como tumores em miniatura ou pedaços de músculo cardíaco) que são então colocadas em chips, combinando as forças da engenharia de tecidos com a microfluídica. Enquanto isso, esforços estão em andamento para alcançar a padronização neste campo emergente, de modo que os resultados sejam comparáveis entre laboratórios. No início de 2024, um grupo de trabalho liderado pelo NIST publicou diretrizes para padronizar os projetos e medições de órgão-em-chip, observando que muitos grupos vinham usando protocolos e até mesmo terminologias diferentes, o que dificultava a comparação dos resultados nist.gov. Ao estabelecer padrões comuns e melhores práticas, a comunidade busca acelerar o desenvolvimento e garantir que os dados de órgão-em-chip sejam robustos o suficiente para uso generalizado.
Crucialmente, os sistemas de órgão-em-chip não são apenas curiosidades de laboratório – eles já estão gerando insights científicos e superando modelos antigos em alguns casos. Por exemplo, estudos mostraram que chips de órgãos podem replicar respostas humanas específicas a medicamentos que passaram despercebidas em testes com animais. Em um estudo, um rim-em-chip previu corretamente a toxicidade renal de um medicamento que parecia seguro em testes com animais, mas depois causou danos em humanos clarivate.com. Outra equipe, usando um vaso-sanguíneo-em-chip, conseguiu detectar a tendência de um determinado medicamento à base de anticorpos de causar coágulos sanguíneos perigosos – um efeito colateral que só apareceu em testes com humanos e não em testes com animais, mas o modelo em chip conseguiu recapitular clarivate.com. Esse tipo de avanço fornece prova de conceito de que chips de órgãos podem revelar efeitos de medicamentos que métodos tradicionais não detectam. Pesquisadores desenvolveram modelos de órgão-em-chip para doenças que vão de infecções pulmonares a Alzheimer e câncer, permitindo experimentos em análogos de tecido humano dessas condições. Como exemplo, chips de organoides cerebrais (às vezes chamados de “mini-cérebros em chips”) estão sendo usados para estudar a segurança de medicamentos neurológicos: um estudo farmacêutico mostrou que um modelo humano de mini-cérebro poderia sinalizar de forma confiável efeitos colaterais neurotóxicos de dezenas de medicamentos conhecidos cen.acs.org. Os avanços rápidos nesses sistemas microfisiológicos estão dando aos cientistas novas ferramentas para explorar a biologia e testar tratamentos de maneiras que não eram possíveis há poucos anos.
Vantagens em relação aos testes tradicionais em animais
A tecnologia de organ-on-a-chip oferece enormes vantagens em relação aos testes tradicionais em animais, abordando muitas das limitações e preocupações que há muito tempo afligem a pesquisa baseada em animais. Em primeiro lugar está a questão da relevância humana. Como os organ chips usam células humanas reais e recriam aspectos da função dos órgãos humanos, seus resultados geralmente são mais diretamente aplicáveis a pacientes humanos. Em contraste, mesmo os melhores modelos animais podem diferir dos humanos em aspectos críticos. Medicamentos que funcionam em camundongos frequentemente falham em pessoas, e efeitos colaterais perigosos podem não aparecer em animais devido a diferenças entre espécies. De fato, cerca de 9 em cada 10 candidatos a medicamentos que passam nos testes em animais acabam falhando em ensaios clínicos em humanos por razões de segurança ou eficácia cen.acs.org. Essa alta taxa de falha é uma forte indicação de que os modelos animais são substitutos imperfeitos para a biologia humana. “O cérebro humano é incrivelmente complexo… Os animais simplesmente não têm um cérebro que se aproxime do humano,” observa Alif Saleh, CEO de uma empresa de organoid-on-chip. “A ideia de que o cérebro de um camundongo ou de um rato… pode prever como o cérebro humano reagiria a um determinado medicamento – não é crível” cen.acs.org. Ao testar tecidos derivados de humanos em organ chips, os pesquisadores podem obter resultados mais preditivos do que acontecerá em pacientes reais, especialmente para órgãos complexos e específicos de humanos, como o cérebro.
Esses insights relevantes para humanos têm implicações reais para a segurança de medicamentos. Os organ chips já demonstraram capacidade de detectar efeitos tóxicos que passaram despercebidos em animais. Por exemplo, um estudo com fígado humano em chip foi capaz de identificar 87% dos medicamentos conhecidos por causar lesão hepática em pessoas cen.acs.org, um desempenho que melhora significativamente os resultados dos testes em animais. Os chips também podem incorporar células específicas de pacientes (como células-tronco pluripotentes induzidas de um paciente doente), permitindo que as respostas a medicamentos sejam testadas em modelos que refletem as idiossincrasias genéticas e de doenças de grupos reais de pacientes. Isso pode reduzir o risco de reações adversas inesperadas quando um medicamento entra em ensaios clínicos.
Outro grande benefício é a velocidade e eficiência. Os testes tradicionais em animais para segurança de medicamentos podem levar anos e custar milhões de dólares por composto theregreview.org. Manter colônias de animais de laboratório, realizar estudos longos e analisar os resultados é um processo lento e caro. Os sistemas de órgão-em-chip, uma vez configurados, muitas vezes podem produzir dados mais rapidamente e com menores quantidades do medicamento em teste. Leituras automatizadas e plataformas de chips de alto rendimento (com muitos microensaios de órgãos em paralelo em uma placa) estão sendo desenvolvidas para rastrear compostos muito mais rapidamente do que usando animais. Embora a tecnologia ainda esteja evoluindo, há a promessa de que uma bateria de chips de órgãos humanos possa, um dia, substituir estudos em animais que duram meses por testes in vitro mais rápidos, economizando tempo e recursos no desenvolvimento de medicamentos. Um estudo citado pela FDA mostrou que modelos computadorizados de células cardíacas humanas previram certos efeitos colaterais cardíacos com 89% de precisão, em comparação com apenas 75% de precisão em testes com animais clarivate.com, destacando o potencial dos novos métodos para serem não apenas mais rápidos, mas também mais precisos do que o “padrão ouro” animal. À medida que esses modelos de órgão-em-chip continuam a melhorar, eles podem reduzir significativamente as falhas dispendiosas em estágios avançados de medicamentos, identificando compostos problemáticos ainda no início do processo.
De uma perspectiva ética e social, a redução do uso de animais é, por si só, um benefício profundo. Todos os anos, inúmeros ratos, camundongos, cães, primatas e outros animais são sacrificados em laboratórios, muitas vezes experimentando dor ou sofrimento theregreview.org, science.rspca.org.uk. Substituir mesmo uma fração desses testes por estudos de órgão-em-chip significa menos criaturas sencientes prejudicadas. Isso está alinhado com o princípio “3Rs” de longa data na ciência (Substituição, Redução e Refinamento do uso de animais) clarivate.com. A sociedade exige cada vez mais métodos de teste livres de crueldade – uma tendência refletida na pressão dos consumidores e na legislação (por exemplo, a proibição da UE de cosméticos testados em animais e novas leis que incentivam alternativas nos testes de medicamentos). A tecnologia de órgão-em-chip aborda diretamente o apelo ético para substituir experimentos em animais por alternativas humanas, sem comprometer a segurança. Na verdade, promete um ganha-ganha: melhor proteção para humanos e para animais. Os testes em animais também são limitados por restrições éticas que os chips que imitam humanos não têm – os pesquisadores podem, em teoria, testar chips de órgãos com doses mais altas ou cenários mais arriscados que nunca poderiam ser eticamente realizados em animais ou humanos, potencialmente revelando perigos de forma mais abrangente.
Finalmente, os organ chips podem capturar aspectos da biologia humana que os testes em animais frequentemente não conseguem. Eles permitem a observação direta das respostas celulares humanas sob um microscópio ou por meio de sensores, algo que não é possível dentro do corpo de um animal vivo. Pesquisadores podem observar células imunológicas se movendo através da parede de um vaso sanguíneo no chip, ou medir em tempo real a liberação de sinais inflamatórios de células pulmonares quando expostas a uma toxina. Esse nível de detalhe ajuda a entender os mecanismos de ação de medicamentos e doenças, fornecendo dados mais ricos do que os desfechos limitados de muitos testes em animais. Além disso, os organ chips podem ser projetados para representar populações humanas diversas usando células de diferentes doadores – incluindo aqueles com determinados antecedentes genéticos ou doenças – abordando a questão de que modelos animais não refletem a diversidade genética humana. Todos esses benefícios sugerem que os sistemas organ-on-a-chip, à medida que amadurecem, podem não apenas reduzir a dependência de animais, mas também inaugurar uma nova era de testes de medicamentos mais preditivos, humanos e informativos.
Limitações e Desafios
Apesar de seu potencial empolgante, a tecnologia organ-on-a-chip ainda enfrenta desafios e limitações significativos que precisam ser superados para que cumpra totalmente suas promessas. Um desafio imediato é que, até hoje, os organ chips não podem substituir completamente os testes em animais no processo de aprovação de medicamentos gao.gov. Eles geralmente são usados em conjunto com animais e outros métodos, e não em vez deles. Existem várias razões para isso. Em primeiro lugar, a biologia humana é extraordinariamente complexa – replicar um organismo vivo inteiro em um chip é muito mais complicado do que modelar um ou dois órgãos isoladamente. A maioria dos organ chips atuais foca em um único órgão ou uma pequena rede de tecidos. Eles não possuem as interações sistêmicas presentes em um organismo de corpo inteiro (por exemplo, regulação hormonal entre órgãos, ou a interação do cérebro com outros sistemas). Mesmo os chips multi-órgãos mais avançados até o momento incluem apenas alguns tipos de órgãos, o que, embora impressionante, ainda está aquém de uma simulação completa do corpo humano. Como observado em uma revisão recente, replicar totalmente as interações intrincadas dentro de um organismo vivo continua sendo excepcionalmente difícil, e assim o fim dos testes em animais, embora seja uma possibilidade realista para o futuro, “pode ser lento” até que essas tecnologias consigam capturar essa complexidade clarivate.com.
Desafios técnicos também são significativos. Criar um organ-on-a-chip robusto e reprodutível não é simples – requer expertise em biologia celular, microengenharia e biomateriais. Um problema enfrentado pelos pesquisadores é obter células humanas confiáveis e de alta qualidade. Muitos organ chips usam células derivadas de células-tronco ou tecidos de doadores, mas estas podem ser variáveis. Especialistas estimam que apenas cerca de 10–20% das células humanas obtidas são de qualidade suficientemente alta para uso em estudos com organ-chips gao.gov. As células podem não sobreviver por muito tempo ou não se comportar normalmente no chip, especialmente se vierem de fontes diferentes. Isso dificulta garantir a consistência. Além disso, a padronização atualmente é insuficiente na área. Diferentes laboratórios e empresas usam materiais, designs de canais, tipos celulares e métodos de leitura distintos para seus chips nist.gov. Como resultado, resultados de um modelo de organ-chip podem não ser diretamente comparáveis aos de outro, mesmo que representem nominalmente o mesmo órgão. Essa falta de protocolos e referências padronizadas dificulta uma adoção mais ampla, já que empresas farmacêuticas e órgãos reguladores precisam ter confiança de que um determinado teste em chip é confiável e repetível. Esforços estão em andamento para resolver isso: em 2023, por exemplo, cientistas e reguladores realizaram workshops para definir critérios de validação para métodos de organ-on-a-chip e trabalhar para harmonizar padrões globalmente ema.europa.eu, nist.gov. Estabelecer referências de comparação (por exemplo, quão precisamente um chip de fígado deve prever toxinas conhecidas) e qualificar chips para “contextos de uso” específicos (como um chip de rim para triagem de nefrotoxicidade) são áreas de trabalho ativas.
Outro desafio é a escalabilidade e capacidade de processamento. Embora alguns chips estejam sendo produzidos em formatos de alto volume, muitos sistemas de organ-on-chip ainda são essencialmente feitos à mão em laboratórios acadêmicos ou pequenas startups. Produzi-los em escala com qualidade consistente, e operar muitos chips em paralelo para grandes estudos, não é trivial. A tecnologia precisará se tornar mais fácil de usar e industrializada para que empresas farmacêuticas a incorporem rotineiramente. O manuseio automatizado de fluidos, a imagem e a análise de dados para experimentos em chip ainda estão sendo aprimorados. O custo também pode ser um fator limitante: atualmente, montar ensaios de organ-on-chip pode ser mais caro e demorado do que certos testes laboratoriais mais simples. O Escritório de Responsabilidade Governamental dos EUA observa que algumas pesquisas com organ-on-chip custam mais e levam mais tempo do que estudos tradicionais com animais ou culturas celulares, pelo menos nesses estágios iniciais gao.gov. Com o tempo, os custos podem diminuir com melhor fabricação e uso mais amplo, mas por enquanto restrições orçamentárias fazem com que os chips sejam usados de forma seletiva.
A interpretação e validação de dados apresentam obstáculos adicionais. Reguladores e cientistas da indústria precisam ser convencidos de que os resultados de organ-on-chip realmente se correlacionam com os desfechos humanos. Isso exige extensos estudos de validação comparando as previsões dos chips com dados clínicos reais e com estudos em animais. Até o momento, o campo ainda está reunindo essas evidências. Um relatório do GAO destacou que a falta de padrões bem documentados e estudos de validação dificulta para os usuários finais saberem quanta confiança depositar nos resultados de um determinado organ chip gao.gov. Por exemplo, se um fígado-em-um-chip indica que um medicamento é seguro, quão certos podemos estar de que ele não causará danos ao fígado em humanos? Construir essa confiança exigirá tempo e múltiplos estudos. As empresas também podem hesitar em compartilhar dados abertamente – muitas vezes por razões competitivas ou de propriedade intelectual – o que retarda o aprendizado coletivo gao.gov. O aumento do compartilhamento de dados e da colaboração, talvez por meio de consórcios ou parcerias público-privadas, ajudaria o campo a amadurecer mais rapidamente.
Por fim, existem incertezas regulatórias. Como organ-on-a-chip é uma tecnologia nova, muitos reguladores ainda estão se familiarizando com ela. Diretrizes sobre como usar dados de chips em aplicações de medicamentos estão apenas começando a ser formuladas. A FDA e outras agências historicamente confiaram em dados de animais, e mudar essas práticas enraizadas envolve deliberação cuidadosa. No início de 2025, especialistas relataram que os reguladores tinham um “nível de familiaridade menor com OOCs do que com outros métodos” e que as orientações das agências poderiam ser mais claras gao.gov. Isso está começando a mudar (como discutiremos na próxima seção), mas até que estruturas formais sejam estabelecidas, alguns desenvolvedores de medicamentos podem relutar em investir fortemente em organ chips sem saber como os reguladores verão os dados. Em resumo, embora os sistemas organ-on-a-chip tenham um potencial enorme, eles ainda não são uma solução mágica. Desafios científicos e práticos significativos permanecem para torná-los robustos, confiáveis e amplamente utilizáveis. Superar esses desafios exigirá pesquisa e desenvolvimento contínuos, investimento e colaboração próxima entre cientistas, indústria e reguladores – mas o progresso já está em andamento.
Desenvolvimentos Regulatórios Globais
Agências regulatórias ao redor do mundo estão reconhecendo o potencial do organ-on-a-chip e de métodos de teste não animal relacionados, e começaram a atualizar políticas para acomodar e incentivar essas inovações. Nos Estados Unidos, uma mudança histórica ocorreu com a aprovação do FDA Modernization Act 2.0 no final de 2022. Essa lei bipartidária removeu uma exigência de décadas de que todos os novos candidatos a medicamentos devem ser testados em animais antes de entrarem em testes em humanos clarivate.com. Em outras palavras, a Food and Drug Administration (FDA) dos EUA agora pode aceitar dados alternativos de testes pré-clínicos, incluindo dados de modelos in vitro como o organ-on-a-chip, em vez de exigir estritamente estudos em animais. Isso foi uma grande vitória para os defensores da pesquisa livre de animais, que há muito argumentavam que regulamentações antiquadas estavam impedindo o uso de métodos modernos superiores. Como observou um porta-voz da FDA, a agência agora pode aprovar medicamentos para testes em humanos usando “testes não clínicos”, como organ chips, organoides, modelos computacionais e outras abordagens, em vez de depender exclusivamente de dados de animais vivos emulatebio.com, pubmed.ncbi.nlm.nih.gov. No entanto, aprovar uma lei é apenas o primeiro passo – implementar essa flexibilidade na prática é um processo gradual.
Avançando para 2025, a FDA sinalizou um apoio ainda mais forte para o abandono dos testes em animais. Em abril de 2025, a FDA anunciou um ousado roteiro para eliminar muitos testes em animais nos próximos 3–5 anos cen.acs.org. A agência declarou que seu objetivo é tornar os estudos em animais a “exceção e não a regra” para avaliação da segurança de medicamentos, começando com certas áreas de produtos como medicamentos de anticorpos monoclonais e expandindo para todos os tipos de medicamentos cen.acs.org. A FDA chegou a sugerir que poderia oferecer revisão acelerada para submissões de medicamentos que utilizem métodos alternativos validados no lugar de animais cen.acs.org. Observadores da indústria descreveram isso como um momento divisor de águas. “Parece um momento histórico, um divisor de águas,” disse o Dr. Tomasz Kostrzewski, diretor científico da CN Bio, uma empresa britânica de organ-on-chip, sobre o novo plano da FDA. “Este é o ponto em que a FDA está dizendo: ‘Estamos totalmente comprometidos em avançar e abandonar o uso de animais em uma janela de 3–5 anos.’” cen.acs.org. Essa mudança clara e deliberada na política energizou a indústria de organ-on-chip – empresas relataram aumentos imediatos no interesse de investidores e clientes farmacêuticos após o anúncio da FDA cen.acs.org.Do outro lado do Atlântico, a Europa também está avançando para integrar o organ-on-a-chip ao arcabouço regulatório. Em setembro de 2021, o Parlamento Europeu aprovou uma resolução pedindo um plano de ação em toda a UE para acelerar a transição para a inovação sem o uso de animais ema.europa.eu. Esse impulso político estimulou os reguladores europeus a agir. A Agência Europeia de Medicamentos (EMA) formou um grupo de trabalho dedicado aos 3Rs, que em 2023 iniciou esforços para qualificar e validar sistemas microfisiológicos (incluindo organ-on-chip) para uso regulatório ema.europa.eu. O plano de trabalho da EMA inclui a organização de workshops com a indústria e a academia, a definição de critérios de aceitação regulatória para testes com organ-on-chip em contextos específicos (por exemplo, uso de um chip de fígado para avaliação de toxicidade de medicamentos), e até mesmo a colaboração internacional para harmonizar esses critérios ema.europa.eu. De fato, reguladores dos EUA, Europa e outras regiões criaram um “cluster mundial” para coordenar novos métodos de abordagem e compartilhar conhecimento sobre como avaliá-los ema.europa.eu. Essa harmonização global é importante – significa que as agências estão dialogando entre si para garantir que, por exemplo, um método de teste aceito pela FDA também possa ser aceito pela EMA ou pelas autoridades do Japão, e vice-versa.
A Europa também tem apoiado testes alternativos por meio de instituições como o Laboratório de Referência da UE para Alternativas à Experimentação Animal (EURL ECVAM), que há anos pesquisa e valida métodos sem uso de animais clarivate.com. O impulso do lado político (Parlamento Europeu) e do lado científico (EMA e ECVAM) sugere que a Europa está preparando o terreno para, eventualmente, aprovar dados de segurança de medicamentos provenientes de modelos organ-on-a-chip. Embora até 2025 nenhum grande regulador tenha eliminado completamente os testes em animais, a direção é claramente para um futuro em que chips de órgãos e outros ensaios sem animais desempenhem um papel central nas avaliações de segurança.
Exemplos concretos de reguladores adotando o organ-on-a-chip começam a surgir. Em 2024, a empresa de biotecnologia Argenx incluiu dados de um MIMETAS fígado-em-um-chip como parte de uma solicitação de Investigational New Drug (IND) à FDA – supostamente uma das primeiras vezes que dados de organ-on-a-chip apoiaram um pedido oficial de registro de medicamento mimetas.com. Os testes em organ-on-chip ajudaram a demonstrar o perfil de segurança do novo medicamento da Argenx em um sistema relevante para humanos, e isso foi aceito pelos reguladores como evidência suplementar. O CEO da MIMETAS, Jos Joore, destacou a importância: “Ao adotar modelos humanos avançados in vitro em vez de métodos tradicionais como cultura de células 2D e modelos animais, podemos preencher uma lacuna crítica para o avanço de novas terapias.” mimetas.com Este caso exemplifica como mudanças regulatórias (como o FDA Modernization Act) estão se traduzindo em aplicações no mundo real, com empresas confiantes o suficiente para submeter resultados de organ-on-chip em seus pacotes de aprovação.
Nos próximos anos, podemos esperar que mais diretrizes formais sejam emitidas. A FDA possui a iniciativa Advancing Alternative Methods, que oferece recursos e financiamento para desenvolver e qualificar métodos como organ chips clarivate.com. A EMA, como mencionado, está trabalhando em documentos de orientação. Agências de ciência regulatória também estão financiando pesquisas para comparar diretamente estudos em animais com resultados de organ-on-chip, a fim de construir a base de evidências necessária para uma aceitação mais ampla. Vale notar que os reguladores provavelmente adotarão uma abordagem cautelosa: o uso inicial de organ chips pode ser como adjuvantes aos dados animais (para fornecer informações adicionais ou reduzir o número de animais necessários, em vez de substituí-los completamente). Mas se esses métodos continuarem a provar seu valor, é concebível que para certos testes – por exemplo, toxicidade hepática ou irritação cutânea – um organ-on-a-chip possa se tornar um substituto oficialmente reconhecido para um teste em animal. A trajetória está definida: globalmente, o cenário regulatório está mudando para acolher métodos inovadores de teste de medicamentos que não dependem de animais. A década de 2020 está se configurando como o período em que o organ-on-a-chip sai do laboratório para se tornar parte aceita do processo de aprovação de medicamentos.
Atores Comerciais e Atividade de Mercado
Com a crescente validação científica e apoio regulatório, o campo de órgãos-em-chip tem visto um aumento de atividade por parte de startups inovadoras, spin-offs acadêmicas e até empresas já estabelecidas. Uma indústria pequena, mas em rápida expansão, se formou em torno do design e fornecimento dessas plataformas de “órgãos-em-chip” para organizações farmacêuticas e de pesquisa. Talvez o player mais conhecido seja a Emulate, Inc., uma empresa sediada em Boston que surgiu do Wyss Institute de Harvard (o grupo que foi pioneiro no pulmão-em-chip). A Emulate produz uma linha de chips de órgãos (fígado, intestino, pulmão, cérebro, etc.) e tem estado na vanguarda da comercialização dessa tecnologia. Segundo o CEO da Emulate, o interesse em seus chips de órgãos aumentou recentemente – após o anúncio do plano da FDA de reduzir os testes em animais, a Emulate estava “recebendo solicitações de potenciais clientes” e até ouvindo de investidores ansiosos para investir mais dinheiro na empresa cen.acs.org. É um sinal claro de que o mercado espera que a demanda por soluções de órgãos-em-chip cresça à medida que a indústria farmacêutica muda suas estratégias de desenvolvimento.
A Emulate não está sozinha; várias outras empresas estão se destacando. CN Bio, uma empresa do Reino Unido, oferece sistemas de órgãos-em-chip e desenvolveu uma plataforma multi-órgãos (frequentemente chamada de “sistema microfisiológico”) que pode conectar o fígado a outros módulos de órgãos. A CN Bio tem sido ativa em parcerias e na publicação de estudos de validação de seus chips de fígado para testes de toxicidade. MIMETAS, sediada na Holanda, é outro líder – conhecida por sua tecnologia OrganoPlate®, que é basicamente uma placa microfluídica contendo vários modelos miniaturizados de órgãos para triagem de alto rendimento. A MIMETAS garantiu colaborações com grandes empresas farmacêuticas; por exemplo, firmou uma parceria estratégica com a Astellas Pharma em 2023 para usar modelos de órgãos-em-chip em pesquisas de medicamentos contra o câncer mimetas.com. A Mimetas também trabalhou com a empresa de biotecnologia Argenx, como mencionado, fornecendo dados de órgãos-em-chip para uma submissão de IND – um marco que demonstra a relevância comercial de sua plataforma mimetas.com.
Nos Estados Unidos, a Hesperos, Inc. (uma startup da Flórida cofundada pelo pesquisador pioneiro Michael Shuler) foca em sistemas multi-órgãos e oferece serviços de testes usando seus modelos de “human-on-a-chip”. A Hesperos teria colaborado com grandes empresas farmacêuticas como Sanofi, AstraZeneca e Apellis para selecionar candidatos a medicamentos quanto à segurança e eficácia usando seus chips multi-órgãos cen.acs.org. Essas parcerias com empresas farmacêuticas de renome indicam que até mesmo grandes companhias estão avaliando dados de organ-on-chip juntamente com estudos tradicionais. Outra empresa americana notável é a AxoSim, que se especializa em modelos de nervos e cérebro (como “mini-cérebros” e plataformas de nerve-on-chip) para testar efeitos neurológicos; eles também atraíram clientes de biotecnologia interessados em avaliar neurotoxicidade sem modelos animais cen.acs.org.
O setor de organ-on-a-chip também inclui empresas como a TissUse (Alemanha), que oferece uma plataforma de “biorreator multi-órgãos”, e a Nortis (EUA), conhecida por seus chips vasculares microfluídicos. Até mesmo grandes organizações de pesquisa contratada (CROs), como a Charles River Laboratories, começaram a investir em tecnologia organ-on-chip ou a fazer parcerias com empresas de organ-chip criver.com (pois preveem que os clientes solicitarão esses ensaios). Em resumo, está se formando um ecossistema de produtores, prestadores de serviços e colaboradores.
A trajetória de mercado para organ-on-a-chip é muito promissora. Embora ainda seja relativamente pequeno em termos de valor atualmente, está crescendo em ritmo acelerado. Relatórios de pesquisa de mercado estimam que o mercado global de organ-on-a-chip era da ordem de apenas ~US$ 150 milhões no início da década de 2020, mas projetam crescimento explosivo (30–40% ao ano) nos próximos anos grandviewresearch.com. Algumas previsões esperam que o mercado atinja quase US$ 1 bilhão até o final desta década grandviewresearch.com, impulsionado pela adoção crescente em descoberta de medicamentos, testes de toxicologia e pesquisa acadêmica. Esse crescimento é alimentado não apenas pela demanda farmacêutica, mas também por financiamentos de iniciativas governamentais e bolsas de pesquisa que visam melhorar os métodos de teste. Por exemplo, agências como o NIH dos EUA financiaram programas “Tissue Chip” para desenvolver modelos organ-on-chip para doenças e até enviaram alguns desses chips para a Estação Espacial Internacional para experimentação em microgravidade (ampliando o leque de aplicações da tecnologia).
O interesse dos investidores em startups de organ-on-a-chip acompanhou essa tendência. Investidores de capital de risco e empresas enxergam o potencial dessas tecnologias para revolucionar partes do mercado de pesquisa pré-clínica, que movimenta mais de US$ 180 bilhões. A Emulate, por exemplo, levantou financiamentos significativos e fechou acordos para fornecer chips para testes de segurança de medicamentos (uma parceria envolveu a Moderna, usando o liver-on-a-chip da Emulate para avaliar a segurança de nanopartículas lipídicas usadas na entrega de vacinas de mRNA) cen.acs.org. À medida que as regulamentações passam a favorecer cada vez mais dados não provenientes de animais, as empresas farmacêuticas podem investir ainda mais recursos em testes com organ-on-a-chip para se manterem à frente, impulsionando ainda mais o mercado.
Claro, com a oportunidade vem a concorrência e alguns desafios de crescimento. As empresas precisam provar que seus modelos específicos de organ-on-a-chip são confiáveis e cientificamente válidos. Frequentemente, trabalham em estreita colaboração com agências regulatórias para qualificar seus dispositivos. Há relatos de empresas menores de organ-on-a-chip enfrentando dificuldades de financiamento, especialmente se dependem de contratos governamentais que podem oscilar cen.acs.org. No entanto, a tendência geral é de que a atividade comercial está intensificando. O setor também está presenciando uma convergência de disciplinas – empresas de biotecnologia estão contratando microengenheiros, especialistas em software e biólogos para aprimorar esses produtos. À medida que mais casos de sucesso surgem (como um medicamento desenvolvido com a ajuda de organ chips chegando ao mercado), isso validará ainda mais o argumento de negócio para essa tecnologia. Em resumo, a indústria de organ-on-a-chip está passando de uma fase de nicho e pioneirismo para uma fase mais madura de escala e integração no desenvolvimento farmacêutico convencional, impulsionada por um ambiente regulatório e social favorável.
Implicações Éticas e Sociais
O avanço da tecnologia de órgão-em-um-chip traz profundas implicações éticas e sociais, em sua maioria muito positivas, mas também com algumas considerações sobre como conduzimos a pesquisa biomédica. No âmbito ético, o benefício mais óbvio é o potencial de reduzir drasticamente (e eventualmente eliminar) o uso de animais em testes de medicamentos e pesquisas. Isso aborda uma questão ética antiga: os testes tradicionais de medicamentos exigiram o sacrifício de inúmeros animais, levantando preocupações sobre o bem-estar animal. Substituir esses testes por chips baseados em células humanas significa que muito menos animais seriam submetidos à experimentação. Organizações de bem-estar animal saudaram essa tendência – quando a FDA anunciou sua mudança em relação aos testes em animais, grupos de direitos dos animais estiveram entre as vozes mais entusiasmadas comemorando cen.acs.org. O público, também, está cada vez mais preocupado com a forma como os produtos são testados. Pesquisas mostram que os consumidores preferem produtos de origem ética e pressionaram legisladores a agir sobre os testes em animais theregreview.org. A mudança para órgão-em-um-chip é em parte uma resposta a essa demanda social por inovação livre de crueldade. Ela oferece uma solução tangível para a questão: “Se não for com animais, como então?” – demonstrando que podemos manter a segurança e o rigor científico sem prejudicar animais.
Outra dimensão ética é a justiça e relevância humana da pesquisa. Muitas vezes esquecemos que a dependência de modelos animais não é apenas arriscada para os humanos, mas também pode ser injusta para os pacientes se atrasar ou induzir a erro no desenvolvimento de medicamentos. Por exemplo, se uma cura para uma doença humana falhar em animais e for descartada, a humanidade perde devido à biologia de outra espécie não corresponder à nossa. Por outro lado, um medicamento inseguro pode passar nos testes em animais e acabar prejudicando voluntários humanos em ensaios clínicos. O órgão-em-um-chip aborda isso ao focar na biologia humana desde o início, potencialmente levando a testes mais seguros e menos tragédias. Ao fornecer dados mais preditivos, pode poupar voluntários humanos da exposição a medicamentos que falhariam de qualquer forma. Nesse sentido, os chips de órgãos beneficiam a sociedade ao melhorar a segurança da pesquisa clínica – menos participantes de testes em risco – e possivelmente acelerando o desenvolvimento de curas (já que compostos ineficazes podem ser descartados mais cedo e os promissores identificados com mais confiança).
A transição para organ-on-a-chip e métodos similares também tem implicações para a comunidade científica e força de trabalho. À medida que os testes em animais se tornam menos centrais, os pesquisadores precisarão de novas habilidades (por exemplo, engenharia de tecidos, microfluídica e análise computacional) para usar e desenvolver esses sistemas avançados in vitro. Pode haver uma mudança cultural em laboratórios e na educação: futuros toxicologistas e farmacologistas podem treinar em chips que imitam humanos em vez de aprender cirurgia em animais de laboratório. Isso pode promover uma mentalidade mais focada no ser humano na pesquisa desde o início. Eticamente, muitos jovens cientistas são entusiastas de técnicas que não exigem prejudicar animais, então os organ chips podem tornar carreiras biomédicas mais atraentes para aqueles que se opõem ao uso de animais. Dito isso, é preciso ter cuidado para gerenciar a transição para aqueles cuja subsistência atualmente depende da pesquisa baseada em animais (como criadores de animais de laboratório ou certos técnicos de laboratório). Com o tempo, os recursos podem ser redirecionados – por exemplo, instalações que antes abrigavam animais podem ser convertidas em laboratórios de cultura de tecidos. A esperança é que o progresso científico caminhe lado a lado com o progresso ético, e o organ-on-a-chip oferece um caminho para isso.
Também há questões sociais mais amplas a considerar. Se organ-on-a-chip e tecnologias relacionadas (como organoides e modelos computacionais) se tornarem a norma, a sociedade precisará garantir que os marcos regulatórios e legais sejam atualizados para acompanhar o ritmo. Por exemplo, como definir a responsabilidade se um medicamento for aprovado com base em um novo método que depois apresenta efeitos inesperados? Garantir que os métodos organ-on-chip sejam devidamente validados ajuda a mitigar isso. Alguns especialistas em ética argumentam que, ao adotarmos modelos baseados em humanos, também devemos revisitar como definimos padrões de segurança e eficácia – possivelmente elevando-os, já que teremos ferramentas mais precisas. Em escala global, o acesso equitativo a essas tecnologias é uma consideração: países em desenvolvimento podem não ter recursos para implementar rapidamente testes de organ chip de alta tecnologia, então pode haver necessidade de apoio internacional ou transferência de tecnologia, caso contrário pode surgir uma lacuna em que apenas certos países abandonem inicialmente os testes em animais.
De uma perspectiva de valores sociais, a mudança para testes sem animais reflete uma compaixão crescente e respeito por outras criaturas vivas. Isso ressoa com a ideia de que o avanço científico não deve ocorrer às custas de sofrimento desnecessário. Se bem-sucedida, a tecnologia organ-on-a-chip pode se tornar um ponto de orgulho e apoio público, assim como a corrida espacial ou outros grandes empreendimentos científicos, porque resolve um dilema moral ao mesmo tempo em que avança a ciência. Podemos ver um futuro em que avanços médicos sejam celebrados não apenas por salvar vidas humanas, mas também por não tirar vidas animais no processo. Já vemos linguagem em círculos políticos enquadrando a redução dos testes em animais como um marco de progresso e inovação ema.europa.eu.
Em conclusão, as implicações éticas e sociais da tecnologia de órgão-em-um-chip são em grande parte transformadoras e positivas. Ela oferece um futuro onde nós inovamos de forma mais humana, alinhando as práticas científicas com as expectativas morais em evolução da sociedade. Claro, transparência e educação serão fundamentais – o público deve ser informado sobre esses novos métodos e assegurado de sua eficácia, para manter a confiança em como os medicamentos são testados. Se o órgão-em-um-chip cumprir sua promessa, talvez olhemos para trás para os testes em animais como uma abordagem rudimentar e arcaica, semelhante a outras práticas ultrapassadas na história da medicina. A jornada ainda não acabou, mas cada avanço em órgão-em-um-chip nos aproxima de um mundo onde medicamentos que salvam vidas podem ser desenvolvidos sem sacrificar animais de laboratório, para o benefício tanto de humanos quanto de animais.
Perspectivas de Especialistas e Futuro da Tecnologia
Muitos especialistas nas áreas de farmacologia, bioengenharia e ética estão otimistas de que a tecnologia de órgão-em-um-chip terá um papel central no futuro do desenvolvimento de medicamentos. Dr. Donald Ingber, o professor de Harvard que liderou o desenvolvimento do primeiro pulmão-em-um-chip, frequentemente destaca que esses sistemas podem “preencher a lacuna” entre experimentos em placas de Petri e humanos vivos de uma forma que nada mais consegue. Ele e outros enfatizam que os chips de órgãos fornecem contexto humano aos experimentos – algo que os modelos animais inerentemente não têm. À medida que mais dados de validação surgem, a confiança nesses sistemas está crescendo. Líderes da indústria como Jim Corbett, da Emulate, destacam o quão rápido as coisas estão mudando: “Isto é uma mudança clara e deliberada,” disse Corbett sobre a nova posição da FDA, ressaltando que o que antes era uma ideia futurista agora está sendo ativamente integrado à ciência regulatória cen.acs.org.
Ao mesmo tempo, especialistas alertam que devemos ser realistas e rigorosos. Nenhum método único resolverá todos os problemas, e órgão-em-um-chip não é uma panaceia. Dr. Anthony Holmes, do NC3Rs no Reino Unido, observou que uma combinação de métodos – chips de órgãos, modelagem computacional, ensaios celulares de alto rendimento – substituirá coletivamente os testes em animais, e que a colaboração é fundamental. Esse sentimento é ecoado por reguladores que estão envolvendo partes interessadas por meio de workshops e grupos de trabalho nist.gov. O futuro que eles vislumbram é de “novas metodologias de abordagem” trabalhando em conjunto para melhorar as previsões. Nesse futuro, o órgão-em-um-chip é visto como uma tecnologia fundamental que pode simular respostas de órgãos humanos, enquanto outras ferramentas (como modelos computacionais) podem simular a fisiologia sistêmica ou genética. Juntas, essas tecnologias podem tornar os testes em animais obsoletos.
Uma percepção marcante da indústria veio do CEO da Mimetas, que comentou sobre um pedido de IND apoiado por seus dados de organ-on-chip: adotar modelos relevantes para humanos desde cedo pode acelerar o desenvolvimento de terapias mimetas.com. Isso reflete uma mudança mais ampla de mentalidade – usar a biologia humana como plataforma de teste padrão, em vez de depender da extrapolação entre espécies. A expectativa é que, à medida que mais casos de sucesso surgirem (como medicamentos cujo efeito colateral perigoso foi detectado por um chip, ou uma terapia desenvolvida rapidamente graças aos chips), todo o paradigma farmacêutico mudará para modelos de teste “human-first”. Empresas que se adaptarem a isso provavelmente terão uma vantagem competitiva, podendo falhar rapidamente (eliminar medicamentos ruins mais cedo) e focar nos candidatos promissores.
Olhando para o futuro, especialistas preveem alguns desenvolvimentos fascinantes. A medicina personalizada pode ser potencializada pelo organ-on-a-chip: imagine coletar células de um paciente com determinado câncer, cultivar um microtumor em um chip junto com as próprias células imunes desse paciente, e então testar um painel de medicamentos para ver qual funciona melhor – tudo isso antes de tratar o paciente. Isso pode se tornar realidade e personalizaria os tratamentos com uma precisão sem precedentes. Pesquisadores também estão buscando integrar a edição genética por CRISPR com chips de órgãos para modelar doenças genéticas no chip e testar terapias gênicas. Outra área é testes ambientais e químicos – agências regulatórias responsáveis pela segurança química (não apenas de medicamentos) estão interessadas em chips de órgãos para testar cosméticos, aditivos alimentares ou produtos químicos industriais quanto à toxicidade sem testes em animais. A EPA nos EUA, por exemplo, tem iniciativas para reduzir os testes em animais para produtos químicos até 2035, e os chips de órgãos provavelmente farão parte dessa solução.
Em resumo, o consenso dos especialistas é que a tecnologia organ-on-a-chip está pronta para revolucionar a forma como abordamos os testes de medicamentos e a pesquisa de doenças, mas exigirá esforço contínuo para alcançar todo o seu potencial. O otimismo vem acompanhado de um senso de responsabilidade: validar cuidadosamente esses sistemas, garantir que sejam acessíveis e usados corretamente, e compartilhar o conhecimento amplamente. À medida que esse campo amadurece, a ideia antes improvável de desenvolvimento de medicamentos sem testes em animais está se tornando realidade. Cada pequeno chip microfluídico, com suas células humanas vivas, representa tanto um avanço científico quanto ético. Juntos, eles estão nos conduzindo a um futuro de descoberta de medicamentos mais segura, rápida e humana – um futuro em que ratos de laboratório, coelhos e macacos não são mais os sujeitos padrão dos testes, e onde a biologia humana em um chip lidera o caminho para salvar vidas humanas.
Fontes:
- Ingber, D. et al., Wyss Institute, Harvard – Human Organs-on-Chips Overview cen.acs.org
- U.S. GAO – Human Organ-on-a-Chip: Benefits Over Animal Testing, Challenges to Adoption (maio de 2025) gao.gov
- Walrath, R., Chemical & Engineering News (maio de 2025) – “Mudança da FDA em relação aos testes em animais abre portas para fabricantes de organoides” cen.acs.org
- Lake, D., Lab on a Chip Blog (RSC) – “Tecnologias inovadoras em Órgão-em-um-Chip” (jul 2024) blogs.rsc.org
- Clarivate Analytics – “Além dos testes em animais: a ascensão dos órgãos-em-chips” (out 2024) b clarivate.com
- NIST News – “Desenvolvendo padrões para pesquisa de Órgão-em-um-Chip” (fev 2024) nist.govnist.gov
- EMA 3Rs Working Party Report (2023) – Qualificação de Órgão-em-um-Chip para uso regulatório ema.europa.eu
- Columbia Engineering News – “Órgão-em-um-Chip Plug-and-Play” (abr 2022) engineering.columbia.edu
- Mimetas Press Release – Dados de Órgão-em-um-Chip em aplicação IND da FDA (jul 2024) mimetas.com
- RSPCA Science – Estatísticas de animais em pesquisa science.rspca.org.uk
- The Regulatory Review (Penn Law) – “Já é hora de acabar com os testes em animais?” (jan 2024) theregreview.org
- C&EN / Biospace – Mercado de testes em animais e taxas de falha cen.acs.org
