Investigaciones

La ECM* tiene una función muy importante en la función del pulmón y en las células pulmonares. Esta estructura, especialmente la zona conductora, se ve afectada en enfermedades como el asma, la enfermedad pulmonar obstructiva crónica, infecciones como la gripe o el COVID, o algunas actividades no saludables como fumar. Para superar las limitaciones a las que se someten los modelos in vitro bidimensionales actuales se han desarrollado algunos modelos lung-on-chip. Sin embargo, es un gran reto ya que el pulmón presenta una estructura muy compleja, sobre todo la exclusiva interfaz de aire-líquido (ALI). La mayoría de los modelos se centran en replicar a los alveolos.

Las diferentes tecnologías de pulmón son:

• Modelado de biología pulmonar en un chip

El sistema pulmonar es muy difícil de replicar debido a que se encuentra formado por 40 tipos diferentes de células. Por lo que el objetivo principal de la entrada celular en un modelo in vitro es incorporar los fenotipos celulares más importantes y cultivarlos en un microambiente que facilite interacciones de célula a célula más naturales. Siendo también importante que durante el proceso de desarrollo y selección, los puntos finales deseados se consideren cuidadosamente, ya que pueden dictar el nivel de complejidad alcanzable.

Las células del epitelio trabajan conjuntamente para formar una barrera física contra las partículas inhaladas. Este es cambiante, según su ubicación podemos distinguir una morfología pseudoestratificada, ciliada y cilíndrica presente en las regiones proximales de la zona de conducción a un cuboide simple en la vía aérea pequeña.

Una ventaja que presenta el modelo lung-on-chip contra modelos in vitro estándar Transwell, es que los primeros permiten la observación de secreción de moco y la recapitulación de hipersecreción que se produce en algunas enfermedades respiratorias.

Los alvéolos pulmonares presentan dos tipos de alveolos, tipo I y tipo II. Y aunque el 95%de la barrera epitelial alveolar está compuesta por células de tipo I, muchos modelos de pulmón en un chip de alvéolos basados ​​en líneas celulares se construyen a partir de líneas celulares de tipo epitelial alveolar tipo II.

La vasculatura pulmonar desempeña un papel muy importante en la respuesta inmunitaria, y con los dispositivos lung-on-a-chip se ha logrado cómo la microvasculatura pulmonar respalda la defensa del huésped mediada por neutrófilos. Además, la mayoría de los dispositivos de pulmón en un chip utilizan una membrana porosa para separar los compartimentos celulares y crear un ALI.

Los dispositivos Lung-on-a-chip se pueden operar en condiciones sumergidas o ALI, aunque los dispositivos que contienen una condición sumergida son menos representativos del entorno in vivo que los que contienen ALI. Esto es provocado porque en dicha condición, las células forman una monocapa 2D que limita la capacidad de modelo 3D del entorno in vivo.

Un avance muy importante fue la incorporación de microvasculatura en un dispositivo de pulmón que permitió mejorar la idoneidad de un modelo para modelar enfermedades e investigar la respuesta inmunitaria.

Muchos investigadores como Park y sus colegas o Barkal concluyeron en que los sistemas de cocultivo son más relevantes fisiológicamente ya que se pueden utilizar para investigar interacciones directas e indirectas de célula a célula que ocurren entre poblaciones de células homotípicas y heterotípicas. Con esto se ha demostrado que el modelo Lung-on-a-chip tienen la capacidad de replicar la función de barrera pulmonar, lesión pulmonar, inflamación y respuesta inmunitaria al humo del cigarrillo e infección. Algunos tipos de dispositivos son:

• Diseño de sustitutos de ECM en chip

Las interacciones entre células y su ECM es muy importante para crear un modelo de pulmón con completa funcionalidad. Estos diseños se utilizan sobre todo para estudiar enfermedades pulmonares crónicas, como la fibrosis pulmonar idiopática (FPI), el asma y la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC), donde se producen cambios en la estructura de las vías respiratorias y la MEC. Para modelar la ECM se debe de tener en cuenta varios factores como la estructura, composición y mecánica. En la siguiente tabla se muestran la dimensionalidad y composición de la ECM en los dispositivos Lung-on-a-Chip actuales.