Pulmón generado a partir de un solo donante humano, capaz de respirar en un chip, avanza un nuevo paso en la medicina personalizada

Originalmente publicado en Genetic Engineering and Bitotechnology News el 2 de enero de 202

 Crédito: TefiM / iStock / Getty Images Plus

Los sacos de aire en los pulmones, llamados alvéolos, son cruciales para el intercambio de aire y proporcionan una barrera importante contra los virus y bacterias inhalados que causan enfermedades respiratorias como la gripe y la tuberculosis (TB). Sin embargo, sigue existiendo una laguna en el desarrollo de sistemas alveolares inmunocompetentes y experimentalmente accesibles para estudiar enfermedades respiratorias humanas.

En un nuevo estudio publicado en Science Advances titulado "Alveolus-on-chip derivado de iPSC autólogo revela eventos patológicos tempranos de  la infección por Mycobacterium tuberculosis", investigadores del Francis Crick Institute y AlveoliX han desarrollado lo que describen como el primer modelo humano de pulmón en chip utilizando células madre tomadas de un solo donante humano. El chip puede simular movimientos respiratorios y enfermedades pulmonares en una persona, lo que promete poder probar tratamientos para infecciones como la tuberculosis y administrar medicina personalizada.

Debido a su importancia en la homeostasis y su potencial para la administración de fármacos,  se han desarrollado muchos modelos humanos in vitro para eludir las diferencias en anatomía, composición celular inmunitaria y patogénesis de enfermedades entre humanos y animales. Las tecnologías órgano-en-un-chip han surgido como herramientas predictivas de modelado de tejidos y una alternativa fiable a las pruebas en animales.

"Dada la creciente necesidad de tecnologías no animales, los enfoques órgano-en-un-chip son cada vez más importantes para recrear sistemas humanos, evitando diferencias en la anatomía pulmonar, la composición de las células inmunitarias y el desarrollo de enfermedades entre animales y humanos", dijo Max Gutiérrez, PhD, líder principal del grupo de interacciones huésped-patógeno en el laboratorio de tuberculosis del Crick y autor correspondiente del estudio.

"Compuestos por células genéticamente idénticas, los chips podrían construirse a partir de células madre de personas con mutaciones genéticas particulares. Esto nos permitiría entender cómo afectan a una persona infecciones como la tuberculosis y probar la eficacia de tratamientos como los antibióticos", continuó.

Los modelos de pulmón en chip tradicionalmente se han fabricado con una mezcla de células derivadas del paciente y de células disponibles comercialmente que no pueden replicar la función pulmonar ni la progresión de la enfermedad de un solo individuo.

Los autores produjeron células epiteliales alveolares tipo I y II y células endoteliales vasculares a partir de células madre humanas pluripotentes inducidas (iPSC). Para crear una barrera de saco de aire, estas células se cultivan por separado en la parte superior e inferior de una membrana muy fina en un dispositivo fabricado por la empresa biotecnológica AlveoliX. La empresa también diseñó máquinas especializadas para imponer fuerzas rítmicas tridimensionales de estiramiento sobre la barrera recreada del saco de aire, imitando el movimiento de la respiración.

En los chips infectados con TB, el equipo informó de grandes cúmulos de macrófagos que contenían núcleos necróticos, un grupo de macrófagos muertos en el centro rodeados de macrófagos vivos. Finalmente, cinco días después de la infección, las barreras celulares endoteliales y epiteliales colapsaron, mostrando que la función del saco de aire se había deteriorado.

Jakson Luk, PhD, investigador postdoctoral en el Crick y primer autor del estudio, destacó que la tuberculosis es una enfermedad de desarrollo lento, con meses entre la infección y el desarrollo de los síntomas. Comprender las primeras etapas de la progresión de la enfermedad es una necesidad creciente.

"Pudimos imitar con éxito estos eventos iniciales en la progresión de la TB, ofreciendo una visión holística de cómo responden diferentes células pulmonares a las infecciones", dijo Luk. "Estamos ilusionados por la posibilidad de que el nuevo modelo pueda aplicarse a una gran variedad de investigaciones, como otras infecciones respiratorias o cáncer de pulmón, y ahora estamos considerando perfeccionar el chip incorporando otros tipos celulares importantes."

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