El trastorno progresivo hereditario de la fibrosis quística FQ causa daños graves en los pulmones y otros tejidos del cuerpo al afectar las células que producen moco, sudor y jugos digestivos. En individuos portadores de mutaciones en el regulador de la conductancia transmembrana de la fibrosis quística CFTR, que codifica un canal de iones que controla el flujo de iones y agua dentro y fuera de las células, el moco en las vías respiratorias y otros conductos, que normalmente es delgado y resbaladizo, se vuelve pegajoso y espeso, por lo tanto, en lugar de actuar como lubricante., se convierte en un congénere.
Los avances en las pruebas de detección de pacientes y las terapias innovadoras permiten que los pacientes con FQ ahora vivan hasta mediados o finales de los 30 o 40 años, a veces incluso más. Sin embargo, incluso el ~ 90% de los pacientes según el continente con la mutación CFTR más común,llamados? F508, que pueden ser tratados con los medicamentos disponibles, todavía están plagados de bacterias que se asientan en su moco, lo que causa inflamación en sus pulmones. Los episodios repetidos de infección e inflamación, así como una inflamación crónica de menor grado entre infecciones, gradualmentedebilita y cicatriza las vías respiratorias de los pacientes, lo que eventualmente hace que sus sistemas respiratorios fallen. Para el ~ 10% restante de los pacientes con otras mutaciones de CFTR, aún no existen tratamientos dirigidos. Una barrera importante para el desarrollo de tratamientos nuevos y que se necesitan con urgencia es la faltade humano in vitro modelos que recapitulan la patología de la enfermedad de la FQ.
Ahora, un equipo de investigación multidisciplinario en el Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada de Harvard dirigido por el Director Fundador de Wyss, Donald Ingber, MD, Ph.D. y con el apoyo de una subvención de la Fundación de Fibrosis Quística, ha desarrollado un dispositivo de chip de órgano microfluídico del tamañode una memoria USB que recapitula las características patológicas clave de los pacientes con FQ con mayor precisión que otras in vitro los sistemas lo han hecho hasta ahora. El modelo replica los cambios específicos de la FQ en múltiples características distintivas de la enfermedad, incluida la capa de moco de las vías respiratorias, el latido de los cilios transportadores de moco, el crecimiento de patógenos, las moléculas inflamatorias y el reclutamiento de glóbulos blancos, lo que proporcionaun modelo humano preclínico integral en el que investigar nuevas terapias para la FQ. Los hallazgos se publican en Revista de fibrosis quística .
"Ahora que podemos modelar con precisión la patología de la FQ, incluidas las respuestas microbioma e inflamatoria, en chips de las vías respiratorias humanas, tenemos una forma de atacar los desafíos que son importantes para los pacientes con FQ", dijo Ingber. in vitro el modelo puede ayudar a acelerar la búsqueda de medicamentos que puedan amortiguar la respuesta inmune exagerada en los pacientes, tratarlos con terapias más personalizadas y ayudar a resolver los problemas que los pacientes con FQ enfrentan todos los días y que no pueden ser abordados por los tratamientos existentes ". Ingber también es docentelíder de la Plataforma de Diagnóstico y Terapéutica Bioinspirada de Wyss, así como la Profesor de Biología Vascular Judah Folkman en la Escuela de Medicina de Harvard y el Hospital de Niños de Boston, y profesor de Bioingeniería en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard.
Para modelar y comparar la microestructura y la función de las vías respiratorias de la FQ vascularizada, los autores cultivaron células de las vías respiratorias pulmonares obtenidas de pacientes humanos con FQ o de individuos sanos en uno de los dos canales huecos paralelos de un dispositivo de microfluidos bajo el aire, recapitulando el transporte de aire del pulmón.En el segundo canal, que está separado del primero por una membrana porosa, recrearon un vaso sanguíneo humano a partir de células microvasculares de pulmón humano que fue perfundido con un medio sustituto de sangre.
"Este primer modelo microfisiológico de una vía aérea con FQ imita de cerca lo que sabemos de las vías respiratorias en pacientes con FQ. Manteniendo la composición típica de todos los tipos de células relevantes, desarrolló una capa de moco más espesa y sus células ciliadas exhiben densidades más altas de cilios que latencon una frecuencia más alta en comparación con los chips de las vías respiratorias creados con células de las vías respiratorias de individuos sanos ", dijo el co-primer autor y ex becario postdoctoral del equipo de Ingber Ratnakar Potla, MBBS, Ph.D." Es importante destacar que estos cambios patológicos se acompañaron de un aumento de la inflamaciónrespuesta en el epitelio bronquial de la FQ modelada que es muy similar a la observada en los pacientes con FQ ". Potla es ahora científico principal del complejo in vitro sistemas en Genentech-Roche.
Después de cultivar los chips de las vías respiratorias durante dos semanas, los investigadores midieron los niveles de factores proinflamatorios y antiinflamatorios que salen del canal vascular del chip de las vías respiratorias y que se sabe que están involucrados en la respuesta inflamatoria en los pulmones de los pacientes con FQ.Otros cambios, el nivel de la citocina proinflamatoria IL-8 aumentó en los chips de FQ en comparación con los de los chips de las vías respiratorias de control. Curiosamente, la IL-8 es conocida por su capacidad para atraer el tipo de glóbulos blancos conocidos como neutrófilos que tambiénimpulsar la inflamación en los pulmones de los pacientes con FQ.
Cuando los investigadores hicieron fluir neutrófilos humanos a través del canal vascular de los chips de las vías respiratorias de la FQ, observaron que más células inmunes se adhirieron espontáneamente a la superficie de las células vasculares, se comprimieron a través de la capa de células vasculares y la membrana porosa, y se acumularonen la capa de células epiteliales de las vías respiratorias del canal de aire, recapitulando un proceso conocido como "transmigración".
Pero el tejido de las vías respiratorias que imita la FQ no solo estimuló el reclutamiento de células inmunitarias, sino que también apoyó el crecimiento de la bacteria. Pseudomonas aeruginosa , que está presente en el microbioma del pulmón normal pero que puede crecer sin control y causar infecciones pulmonares en pacientes humanos con FQ. Veinticuatro horas después de que introdujeron una versión con etiqueta fluorescente de P. aeruginosa en el canal de las vías respiratorias de chips creados con células epiteliales bronquiales de pacientes con FQ, el equipo detectó un mayor número del patógeno en el moco específico de la FQ que en el moco de los chips sanos de las vías respiratorias. Como consecuencia, los niveles de citocinas proinflamatorias se redujeronaumentó aún más, replicando así el ciclo de infección-inflamación observado en pacientes con FQ.
Como pasos siguientes, el equipo personalizará aún más su Chip de vías respiratorias pulmonares de FQ mediante la generación de versiones en las que las células epiteliales bronquiales, endoteliales vasculares e inmunes se obtienen todas del mismo paciente ". Para este estudio de prueba de concepto, hemossólo se utilizaron células de las vías respiratorias bronquiales específicas para la FQ de pacientes portadores de la mutación frecuente? F508 CFTR. Pero diferentes mutaciones de CFTR también pueden afectar la función de las células endoteliales e inmunes y diferir en sus efectos ", dijo el coautor Roberto Plebani, Ph.D. "Al desarrollar un panel de chips de vías respiratorias específicos para el paciente utilizando células de pacientes con diferentes mutaciones, y también midiendo directamente la actividad de los canales iónicos CFTR comprometidos de manera diferente en el chip, las respuestas y la eficacia de los fármacos podrían investigarse de una manera altamente personalizada."Plebani trabajó en el laboratorio de Ingber como profesor invitado de la Universidad" G. d'Annnunzio "de Chieti-Pescara en Italia, y encabezó el proyecto en el grupo de Ingber con Potla.
Otros autores del estudio fueron miembros anteriores y actuales del equipo de Ingber, incluidos Mercy Soong, Haiqing Bai, Ph.D., Zohreh Izadifar, Ph.D., Amanda Jiang, Renee Travis, Chaitra Belgur, Alexandre Dinis, Mark Cartwright, Ph.D., Rachelle Prantil-Baun, Ph.D., Pawan Jolly, Ph.D., y Sarah Gilpin, Ph.D .; y Mario Romano, Ph.D. y profesor en el "G. d 'Annnunzio "Universidad de Chieti-Pescara en Italia. El estudio fue financiado por la Cystic Fibrosis Foundation, el Instituto Wyss de Harvard para la Ingeniería de Inspiración Biológica y el Programa Operativo Nazionale Ricerca e Innovazione.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica en Harvard . Original escrito por Benjamin Boettner. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :