Los micropulmones sintéticos podrían llevar la investigación de la COVID-19 al siguiente nivel
Cultivos de células tridimensionales que se asemejan a brotes pulmonares. En el embrión real, las células verdes darían lugar a las vías respiratorias, mientras que las células rojas se convertirían en alvéolos. Crédito: Universidad Rockefeller
Cuando el SARS-CoV-2 comenzó su furiosa propagación por todo el mundo, los científicos tardaron solo unos meses en desarrollar las primeras herramientas para estudiar o neutralizar el virus. Sin embargo, lo que ha estado faltando hasta ahora son métodos confiables para identificar la enfermedad, no el patógeno per se, sino los complejos eventos biológicos que se desarrollan dentro de las células y tejidos humanos infectados.
La investigación destinada a comprender cómo COVID-19 causa estragos en los pulmones, por ejemplo, a menudo se ha realizado con diversas células de cáncer de pulmón que muestran diferencias cruciales con las células a las que se dirige el virus.
«Hay ha sido demasiado terreno cambiante para un trabajo preciso», dice Ali H. Brivanlou, profesor de Robert y Harriet Heilbrunn de Rockefeller.
Ahora, el laboratorio de Brivanlou está introduciendo tecnología basada en células madre que hace posible producir en masa cultivos de tejidos que imitan los brotes pulmonares, las estructuras embrionarias que dan origen a nuestros órganos respiratorios. Cuando se infectan con SARS-CoV-2 en el laboratorio, estos «micropulmones» sintéticos ofrecen un modelo poderoso para investigar los mecanismos de COVID-19 y detectar nuevos medicamentos.
Los hallazgos están disponibles en línea en servidor de preimpresión bioRxiv antes de su publicación en una revista revisada por pares.
De alfombras a grupos
El becario postdoctoral Edwin Rosado Olivieri llegó al laboratorio de Brivanlou a principios de 2020, poco antes de que el estado de Nueva York se fuera en el encierro. Exestudiante de posgrado en la Universidad de Harvard, había venido a investigar cómo toman forma los órganos viscerales como el intestino, el hígado y el páncreas durante el desarrollo embrionario, pero inmediatamente cambió de planes para trabajar en el nuevo coronavirus.
En experimentos de laboratorio ordinarios, las células se cultivan en una alfombra de una sola capa, adhiriéndose firmemente al fondo del plato sin recibir mucha información de sus vecinos. Para ver si podía inducir a las células madre generadas en el laboratorio para que se autoorganizaran en algo más parecido al tejido pulmonar embrionario, Rosado Olivieri las cultivó dentro de una matriz elaborada, convenciendo a las células para que treparan una encima de la otra e intercambiaran mensajes, como si fueran reales. lo hacen las células madre en el curso del desarrollo.
En puntos de tiempo cuidadosamente ajustados, estimuló las células con señales que imitaban las que guían la diferenciación de células pulmonares en redes embrionarias. Después de dos semanas, las células habían formado brotes idénticos cuyos perfiles moleculares coincidían estrechamente con los observados en las primeras etapas del desarrollo pulmonar fetal, incluida la formación de vías respiratorias y alvéolos, estructuras que se sabe que están dañadas en muchas personas con COVID-19 grave.
Imitando la enfermedad
Luego, los investigadores bañaron los brotes pulmonares con tres medicamentos de anticuerpos contra el COVID-19, dos de los cuales se están estudiando en ensayos en humanos, y se unieron a colegas en el laboratorio de Charles M. Arroz para infectar los cogollos con SARS-CoV-2. Estos experimentos demostraron que los brotes infectados ofrecen un modelo de enfermedad realista en el que evaluar la potencia de nuevos compuestos farmacológicos; como esperaban los científicos, diferentes combinaciones de anticuerpos redujeron la infección a niveles similares a los observados en experimentos anteriores.
Los investigadores dicen que se han realizado otros esfuerzos para estudiar COVID-19 en tejidos sintéticos como organoides pulmonares, pero enfatizan que el nuevo sistema es excepcionalmente práctico porque puede ampliarse fácilmente para producir grandes cantidades de tejido pulmonar. «Los brotes de pulmón humano sintético nos permiten recapitular las características clave de la enfermedad que de otro modo serían inaccesibles para la experimentación», dice Rosado Olivieri. «Nos brindan la oportunidad de comprender cómo este virus interactúa con las células pulmonares e induce patologías».
Además, al ofrecer una fuente ilimitada de tejido relevante para la enfermedad, el modelo permitirá examinar una gran cantidad de bibliotecas químicas para medicamentos que podrían usarse potencialmente para «bloquear y abordar el COVID-19 u otros virus respiratorios que puedan surgir en el futuro», dice Rosado Olivieri. Y sus aplicaciones podrían extenderse aún más.
«Los brotes pulmonares nos permitirán recapitular los eventos moleculares que impulsan el desarrollo pulmonar normal, así como aquellos cánceres de pulmón subyacentes, infecciones respiratorias y una serie de enfermedades pulmonares para las cuales actualmente no hay tratamientos», dice Brivanlou.
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Siga las últimas noticias sobre el brote de coronavirus (COVID-19) Más información: EA Rosado-Olivieri et al. Brotes de pulmón humano autoorganizados derivados de células madre con patrones proximales y distales y nuevos objetivos de SARS-CoV-2, bioRxiv (2021). DOI: 10.1101/2021.01.06.425622 Proporcionado por la Universidad Rockefeller Cita: Los micropulmones sintéticos podrían llevar la investigación de COVID-19 al siguiente nivel (21 de enero de 2021) consultado el 30 de agosto de 2022 en https://medicalxpress. com/news/2021-01-synthetic-micro-lungs-covid-.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.