Al estudiar enfermedades o probar terapias farmacológicas potenciales, los investigadores suelen recurrir a células cultivadas en placas de Petri o experimentos con animales de laboratorio, pero recientemente, los investigadores han estado desarrollando un enfoque diferente: pequeños dispositivos de órgano en un chip que imitan elfunciones de los órganos humanos, que sirven como herramientas potencialmente más baratas y más efectivas.
Ahora, los investigadores han construido un nuevo dispositivo que es especialmente bueno para modelar la aterosclerosis: la constricción de los vasos sanguíneos es la principal causa de ataques cardíacos y accidentes cerebrovasculares. En un documento que apareció esta semana APL Bioingeniería , de AIP Publishing, los investigadores ilustran cómo se puede usar el nuevo dispositivo para estudiar respuestas inflamatorias importantes en las células que recubren el vaso de una manera que no podría hacerse en modelos animales. El equipo de investigación también explica cómo funciona este órgano-chip podría mejorar los análisis de sangre para pacientes.
"La aterosclerosis es una enfermedad muy importante y compleja", dijo Han Wei Hou, ingeniero biomédico de la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur. Se desarrolla cuando la grasa, el colesterol y otras sustancias en la sangre forman una placa que se acumula en las paredes internas de las arteriasEsta acumulación contrae el vaso sanguíneo y causa enfermedades cardiovasculares.
Comprender lo que regula esta constricción anormal de los vasos es crucial para estudiar y tratar la enfermedad de los vasos y prevenir el paro cardíaco agudo. Si bien los investigadores han desarrollado previamente modelos de vasos sanguíneos organ-on-a-chip, esos dispositivos se centraron más en recrear la complejidad biológica del vasoque en su forma y geometría, que son factores clave en la aterosclerosis, dijo Hou, "implica no solo el aspecto biológico de la disfunción endotelial, sino también la biomecánica del flujo sanguíneo".
Para abordar el flujo sanguíneo, los investigadores construyeron un dispositivo que cabe en un solo chip de una pulgada cuadrada, que consta de dos cámaras apiladas separadas por una membrana de polímero delgada y flexible. La parte inferior contiene aire, mientras que la parte superior contiene un fluido fluido similar en mecánicapropiedades de la sangre. Dentro de la cámara llena de líquido en la parte superior de la membrana, los investigadores cultivan células endoteliales, las células que recubren el interior de los vasos sanguíneos. Los investigadores bombean aire hacia la cámara inferior, por lo que la membrana se estira como un globo yforma una burbuja que bloquea el flujo de fluido. Este proceso simula el estrechamiento de un vaso.
La cámara llena de líquido se contrae, haciendo que el líquido fluya más rápido en algunas regiones y más lento en otras. Cuando los investigadores cultivaron las células bajo un flujo continuo pero lento, las células endoteliales pudieron crecer y expresar una proteína llamada ICAM-1; esta proteína está asociada con la inflamación y es importante en el desarrollo de la aterosclerosis.
Los investigadores descubrieron que cuando reemplazaban los medios de cultivo celular con sangre humana, más células inmunes llamadas monocitos se unían a las células endoteliales en las regiones de bajo flujo. Los monocitos son los principales responsables de la acumulación de lípidos, que eventualmente se convierten en la placa quecausa aterosclerosis.
Estos resultados en un chip son consistentes con la imagen ampliamente aceptada de la enfermedad: el flujo sanguíneo alterado en los vasos constreñidos promueve la inflamación vascular, lo que fomenta el reclutamiento de monocitos para ayudar a crear placas ". El nuevo modelo puede simular con mayor precisión la aterosclerosis porque [el] investigador puede ajustar con precisión la constricción controlando la presión del aire ", dijo Hou. Este dispositivo podría ayudar a los investigadores a comprender mejor la aterosclerosis y desarrollar nuevos tratamientos.
"[El dispositivo] es muy prometedor en términos de diagnóstico", dijo Hou. Como experimento de prueba de concepto, los investigadores bombearon sangre inyectada con TNF-alfa, una proteína que es un signo de inflamación, en sudispositivo. La sangre inflamada hizo que más células inmunes se unieran a las células endoteliales de lo normal. La medición del número de células inmunes unidas puede revelar el nivel de inflamación en la sangre, un indicador de aterosclerosis temprana. En contraste con otras pruebas que solo cuentancantidad de células inmunes que circulan en la sangre, esta técnica podría evaluar con mayor precisión las respuestas inmunitarias tempranas en pacientes.
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Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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