Un equipo de investigación del Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada de la Universidad de Harvard aprovechó su tecnología de órgano en un chip para desarrollar un modelo de la pequeña vía aérea humana en la que las enfermedades inflamatorias pulmonares, como la enfermedad pulmonar obstructiva crónica EPOC, la tercera causa principal de mortalidad en todo el mundo, y el asma se puede estudiar fuera del cuerpo humano. Como se informó en línea el 21 de diciembre Métodos de la naturaleza , la plataforma permite a los investigadores obtener nuevos conocimientos sobre los mecanismos de la enfermedad, identificar nuevos biomarcadores y probar nuevos candidatos a fármacos.
La EPOC y el asma son reacciones inflamatorias en el pulmón que pueden exacerbarse dramáticamente por infecciones virales y bacterianas, además de fumar. Se sabe que muchos de los procesos de enfermedad asociados ocurren en las secciones conductoras de las vías respiratorias del pulmón que transportan el aire ay de los alvéolos o sacos aéreos. Sin embargo, se sabe mucho menos acerca de cómo la inflamación induce procesos patológicos distintos, como el reclutamiento de glóbulos blancos circulantes y la acumulación de moco, que compromete los pulmones de estos pacientes, o cómo se desencadenan las exacerbaciones clínicas.
"Inspirado por nuestro trabajo anterior usando el enfoque de órgano en un chip para modelar el alveolo pulmonar, creamos un nuevo modelo microfluídico de la vía aérea pulmonar pequeña que recapitula las características críticas del asma y la EPOC con una fidelidad y detalle sin precedentes. AhoraCon esta pequeña vía respiratoria del pulmón humano con microingeniería, podemos estudiar enfermedades inflamatorias pulmonares durante varias semanas en chips recubiertos por células de donantes normales y pacientes enfermos para obtener una mejor visión de los mecanismos de la enfermedad, así como para detectar nuevas terapias ", dijo Donald Ingber,MD, Ph.D., autor principal de este trabajo que lidera un equipo multidisciplinario de científicos de Wyss que ha estado a la vanguardia de la tecnología de órgano en chip. También es el Director Fundador del Instituto Wyss, el Profesor Judah Folkman deBiología vascular en la Facultad de medicina de Harvard y el Boston Children's Hospital, y profesor de bioingeniería en la Facultad de ingeniería y ciencias aplicadas John A. Paulson de Harvard.
La demanda de tales oportunidades es especialmente alta ya que la inflamación de las vías respiratorias pequeñas no puede estudiarse adecuadamente en pacientes humanos o modelos animales y, hasta la fecha, no existen terapias efectivas que puedan detener o revertir los procesos complejos y generalizados impulsados por la inflamación.
"Para imitar de cerca la compleja arquitectura celular 3D de las pequeñas vías respiratorias humanas reales, diseñamos un dispositivo microfluídico que contiene un epitelio de la pequeña vía respiratoria humana completamente maduro con diferentes tipos de células especializadas expuestas al aire en uno de sus dos microcanales paralelos. El segundo canalestá revestido por un endotelio vascular humano en el que fluimos medio que contiene glóbulos blancos y nutrientes para que el microsistema vivo pueda mantenerse durante semanas. Luego modelamos condiciones de asma inflamatoria y EPOC agregando un factor inmune inductor de asma o configurando elsistema con células epiteliales pulmonares obtenidas de pacientes con EPOC ", dijo Remi Villenave, Ph.D., ex becario postdoctoral en el grupo de Ingber y coautor de la publicación. En ambos casos, el equipo no solo pudo observarcambios altamente específicos de la enfermedad y del tipo de células, pero también podrían exacerbarlos con agentes que simulan una infección viral o bacteriana.
"Esta nueva tecnología de organ-on-a-chip nos da una ventana a las actividades a escala molecular en el contexto del tejido pulmonar humano vivo. También nos proporciona un asa para analizar las contribuciones de tipos de células específicas y factores bioquímicos a pequeñosenfermedades de las vías respiratorias, incluida la forma en que las células inmunes circulantes se reclutan en los sitios de inflamación y cómo la función comprometida de los cilios contribuye a la eliminación anormal del moco en los pulmones de los pacientes enfermos ", dijo Kambez Hajipouran Benam, Ph.D., quien también es un becario postdoctoral que trabaja con Ingbery el otro coprimer autor del estudio.
Finalmente, el equipo proporcionó una prueba de principio de que la pequeña vía aérea sintética en un chip se puede utilizar como plataforma de descubrimiento para fármacos y biomarcadores específicos de enfermedades. En colaboración con dos socios industriales diferentes -Pfizer y Merck ResearchLaboratorios, que también ayudaron a financiar el proyecto, junto con el apoyo de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa DARPA, los investigadores de Wyss mostraron que dos medicamentos dirigidos a diferentes componentes moleculares clave de las vías inflamatorias pueden suprimir potentemente los procesos patológicos en el asma y la EPOC.chips de vías aéreas pequeñas. Los científicos de Wyss también identificaron un factor de reclutamiento de macrófagos cuyos niveles son elevados por un mímico viral en el modelo de EPOC y que pueden investigarse más a fondo como un biomarcador específico potencial para las exacerbaciones virales de la EPOC.
"Esta capacidad novedosa de construir pequeños chips en las vías respiratorias con células de pacientes individuales con enfermedades como la EPOC nos posiciona a nosotros y a otros ahora para investigar los efectos de la variabilidad genética, poblaciones específicas de células inmunes, candidatos farmacéuticos e incluso virus pandémicos en un virus completamente nuevo y másforma personalizada; una que con suerte aumentará la probabilidad de éxito de futuras terapias ", dijo Ingber.
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Materiales proporcionado por Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada en Harvard . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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