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Los investigadores de Bernese desarrollan una pulmón-en-viruta de la segunda generación

El pulmón es un órgano complejo cuya función principal es intercambiar los gases. Es el órgano más grande del cuerpo humano y desempeña un papel dominante en la oxigenación de todos los órganos. Debido a su estructura, composición celular y microambiente dinámico, es difícil de imitar in vitro.

Un laboratorio especializado del centro para la investigación aplicada biomédica, universidad de ARTORG de Berna, dirigida por Olivier Guenat ha desarrollado una nueva generación de modelos ines vitro llamados órgano-en-viruta por más de 10 años, centrándose en el modelado del pulmón y de sus enfermedades.

Después de un primer sistema acertado de la pulmón-en-viruta que exhibía las características esenciales del pulmón, el laboratorio (OOC) de las tecnologías de la Órgano-en-Viruta ahora ha desarrollado una pulmón-en-viruta puramente biológica de la siguiente-generación en colaboración con el centro de Helmholtz para la investigación de la infección en Alemania y los departamentos torácicos de la cirugía y de la neumología en Inselspital.

Una aire-sangre-barrera de tamaño natural completo biodegradable

Paulina Zamprogno, que desarrolló el modelo nuevo para su tesis del doctorado en el OOC, resume sus características: “La nueva pulmón-en-viruta reproduce un arsenal de alvéolos con dimensiones in vivo similares. Se basa en una membrana fina, estirable, hecha con las moléculas encontradas naturalmente en el pulmón: colágeno y elastina. La membrana es estable, se puede cultivar en ambos lados por semanas, es biodegradable y sus propiedades elásticos permiten el imitar de movimientos respiratorios mecánicamente estirando las células.”

Por el contrario con la primera generación, que también fue construida por las personas alrededor de Olivier Guenat, el sistema desarrollado reproduce los aspectos claves de la matriz extracelular del pulmón (ECM): Su composición (apoyo de las células hecho de las proteínas del ECM), su estructura (arsenal de alvéolos con la dimensión similar a ésas encontradas in vivo + estructura de la fibra) y sus propiedades (biodegradabilidad, un aspecto clave a la barrera de investigación que remodela durante enfermedades pulmonares tales como IPF o COPD). Además, el proceso de la fabricación es simple y menos incómodo que el de una membrana porosa estirable del polydimethylsiloxane de la pulmón-en-viruta de primera generación.

Usos clínicos potenciales amplios

Las células que se cultivarán en la nueva viruta para la investigación se obtienen actualmente de los enfermos de cáncer que experimentan resecciones del pulmón en el departamento de Inselspital de la cirugía torácica. El jefe de servicio Rafael Schmid considera una ventaja doble en el sistema: “La pulmón-en-viruta de la segunda generación se puede sembrar con las células sanas o enfermas del alveolar del pulmón. Esto provee de clínicos de una mejor comprensión de la fisiología del pulmón y de una herramienta profética para la investigación de la droga y potencialmente también para el remedio de la precisión, determinando la terapia específica el mejor potencial de ayudar a un paciente determinado.”

Los usos para tales membranas son amplios, de investigaciones de la ciencia básica en funciones y patologías del pulmón, a determinar nuevos caminos, y a un descubrimiento más eficiente de nuevas terapias potenciales.”

Thomas Geiser, culata de cilindro, departamento de la neumología, Inselspital y director, enseñanza e investigación del Insel Gruppe

Opción potente a los modelos animales en la investigación

Como adicional más, la nueva pulmón-en-viruta puede reducir la necesidad de la investigación pneumological basada en los modelos animales. “Muchos candidatos prometedores de la droga probados con éxito en modelos preclínicos en roedores han fallado cuando están probados en los seres humanos debido a las diferencias entre la especie y en la expresión de una enfermedad pulmonar,” explica a Olivier Guenat. “Esta es la razón por la cual, a largo plazo, apuntamos reducir ensayos con animales y proveer de sistemas paciente-más relevantes para la investigación de la droga la posibilidad de adaptar modelos a los pacientes específicos (sembrando la órgano-en-viruta con sus propias células).”

La nueva pulmón-en-viruta biológica será desarrollada más a fondo por Paulina Zamprogno y sus colegas del grupo de tecnologías de OOC para imitar un pulmón con fibrosis pulmonar idiopática (IPF), una enfermedad crónica del pulmón que lleva a marcar con una cicatriz progresivo del tejido pulmonar en el marco de un proyecto de investigación financiado por el centro de la capacidad del suizo 3R (3RCC). “Mi nuevo proyecto consiste en el revelado del IPF-en el modelo de la viruta basado en la membrana biológica. Hasta ahora, tenemos desarrollar una barrera sana de la aire-sangre. Ahora es hora de utilizarla para investigar una pregunta biológica real,” dice Zamprogno.

Las tecnologías de la Órgano-en-Viruta del grupo de investigación del ARTORG centran

Este grupo especializado del centro de ARTORG para la investigación aplicada biomédica desarrolla la órgano-en-viruta, centrándose en el pulmón y sus enfermedades, en colaboración con los departamentos del remedio pulmonar y de la cirugía torácica del Inselspital. El grupo combina la ingeniería, particularmente microfluidics y microfabrication, métodos de fabricación y utillaje de la biología celular y del tejido, ciencias materiales y remedio.

Su primer revelado de una pulmón-en-viruta de respiración se desarrolla más a fondo en colaboración con el AlevoliX de lanzamiento, con el objetivo para revolucionar la investigación preclínica. El grupo ha desarrollado recientemente una pulmón-en-viruta de segunda generación totalmente biológica que se centraba en la reconstrucción de la barrera de la aire-sangre del pulmón. Una segunda dirección de la investigación tiene como objetivo el desarrollar de una microvascularización funcional del pulmón. Aquí, las células endoteliales del pulmón se siembran en un ambiente micro-dirigido, donde uno mismo-montan para construir una red de microvessels perfusable y contráctiles solamente de algunos diez de micrómetros en diámetro.

Al lado de usos farmacéuticos, la órgano-en-viruta se ve como teniendo el potencial de ser utilizado en remedio de la precisión para probar las propias células del paciente para adaptar la mejor terapia. Además, tales sistemas tienen el potencial importante de reducir ensayos con animales en la investigación médica y de las ciencias de la vida. El grupo de OOC opera la instalación de la Órgano-en-Viruta, ofreciendo los científicos desde la universidad de Berna, el hospital de la universidad de Berna y más allá de la infraestructura y del equipo para producir los dispositivos y las órgano-en-virutas microfluidic de la prueba.

Source:
Journal reference:

Zamprogno, P., et al. (2021) Second-generation lung-on-a-chip with an array of stretchable alveoli made with a biological membrane. Communications Biology. doi.org/10.1038/s42003-021-01695-0.