Los investigadores han desarrollado una vía aérea en un chip que admite células vivas que recubren las vías respiratorias pequeñas de pulmones humanos normales o enfermos y un instrumento que "inhala" el humo del cigarrillo dentro y fuera de estos chips. Utilizando esta tecnología, investigadores deEl Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada de la Universidad de Harvard recreó y analizó los efectos del tabaquismo a nivel molecular, celular y tisular para comprender el daño que se produce en el pulmón normal y en los tejidos pulmonares modificados genéticamente de pacientes con enfermedad pulmonar obstructiva crónica EPOC.la tercera causa principal de muerte en los Estados Unidos. Mostraron que este enfoque también se puede utilizar para probar los efectos de otros productos de tabaco, como los cigarrillos electrónicos, y para identificar posibles terapias para prevenir la lesión pulmonar en los fumadores y las exacerbaciones inducidas por el humo.en pacientes con EPOC. La investigación aparece el 27 de octubre en Sistemas celulares .
Las personas con EPOC, un grupo de enfermedades pulmonares fuertemente relacionadas con el tabaquismo que incluye enfisema y bronquitis crónica, experimentan síntomas que incluyen falta de aliento, tos y dificultad para eliminar la mucosidad de los pulmones ". Es una de las enfermedades pulmonares que tiene muchapocos productos terapéuticos disponibles en el mercado. La mayoría de los medicamentos administrados son para controlar los síntomas; no hay cura para revertir o prevenir la progresión de la enfermedad ", dice el primer autor del estudio Kambez H. Benam.
Para comprender cómo el tabaquismo afecta las pequeñas vías respiratorias dañadas en la EPOC, los investigadores primero construyeron una vía respiratoria pulmonar en un chip ". Estos dispositivos están hechos de un caucho flexible transparente del tamaño de una memoria USB. Los llamamos chipsporque adaptamos los métodos de fabricación de microchips de computadora para crear canales huecos muy pequeños que alineamos con células humanas vivas ", dice el autor principal Donald Ingber. Las células epiteliales bronquiolares se cultivan en un canal superior, donde el aire puede pasar sobre ellas y alimentarse a través de un fondocanal, que actúa como un sistema vascular. Las células se diferencian y se especializan en las astillas, producen moco y desarrollan cilios, extensiones similares a pelos que golpean en concierto para expulsar el moco de las vías respiratorias.
Para imitar el comportamiento de los fumadores humanos, lo que Benam llama "la topografía de fumar", los investigadores construyeron una máquina de fumar para que actúe como una boca que puede inhalar un cigarrillo, exhalarlo y respirar aire normal entreinhalaciones. Esto se conecta a la vía aérea en un chip y un micro respirador, que actúa como un diafragma que empuja el aire y el humo a través del chip y lo expulsa. El software determina, entre otras variables, cuántas inhalaciones toma la máquina de fumar por cigarrilloy cuántas respiraciones entre bocanadas.
Ingber y sus coautores demostraron que cuando se exponían al humo, la vía aérea en un chip experimentaba cambios en las vías de reducción de la oxidación y en los perfiles de expresión génica que coincidían con los encontrados en los fumadores humanos. Al usar el procesamiento automático de imágenes, también mostraron queen las astillas expuestas al humo, los cilios en algunas áreas laten normalmente, pero en otras áreas laten a tasas muy reducidas, lo que proporciona información sobre lo que sucede en los pulmones de los fumadores.
Para probar la versatilidad de su sistema, Ingber y sus colegas también probaron los efectos de los cigarrillos electrónicos. Encontraron menos evidencia de cambios en las vías de reducción de la oxidación, pero cambios similares en los patrones de latido de los cilios.
La vía aérea en un chip tiene claras ventajas sobre otros sistemas utilizados para estudiar los efectos del tabaquismo. Los estudios in vitro generalmente exponen las células cultivadas a extractos de cigarrillos introducidos en forma líquida o, como mucho, usan bocanadas de humo aisladas en lugar de los patrones variablesde humo y movimientos de aire que experimentan los fumadores. Los modelos de roedores están limitados por las diferencias en la fisiología de la respiración, y los roedores no exhiben la progresión de la enfermedad humana. Los estudios clínicos actuales se limitan a muestras de tejido que ya están enfermas.
Al cultivar células en chips, "podemos tomar el chip pulmonar del mismo paciente y observarlo antes y después de la exposición al humo, que es una forma mucho más directa de preguntar específicamente, '¿Cuál es el efecto de la inhalación de humo en la respuesta?del pulmón? '"dice Ingber.
Para continuar su investigación, los autores del estudio planean desarrollar chips más elaborados que incluirían otros tipos de células que se encuentran en las vías respiratorias, incluidas las células inmunes, para imitar más estrechamente las respuestas a nivel humano. También planean usar los chips enestudios clínicos para identificar posibles objetivos terapéuticos para la EPOC. Como dice Benam, "este tipo de investigación es de muy alto riesgo; trae a muchas partes interesadas, químicos, ingenieros, etc. a la mesa para pensar en este modelo y abordar algunos de los desafíostenemos en salud y en sociedad "
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Materiales proporcionados por prensa celular . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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