Desarrollan el primer "pulmón en un chip" usando células madre

Un equipo de investigadores ha creado el primer modelo humano de "pulmón en un chip", utilizando células madre extraídas de una sola persona. Estos "mini pulmones" simulan movimientos respiratorios y enfermedades pulmonares, facilitando el desarrollo de nuevas estrategias de medicina personalizada.

Investigadores del Francis Crick Institute, en el Reino Unido, en colaboración con la empresa AlveoliX, han anunciado el desarrollo del primer "pulmón en un chip", construido íntegramente con células madre derivadas de un solo donante, capaz de replicar los movimientos de la respiración y las primeras etapas de la infección pulmonar.

El nuevo estudio, publicado en la revista Science Advances, abre la puerta a investigar cómo cambia la respuesta a enfermedades respiratorias, como por ejemplar la tuberculosis, entre diferentes individuos y a diseñar tratamientos más personalizados.

El dispositivo, denominado iLoC (iPSC-derived lung-on-chip), integra células alveolares tipo I y II, células endoteliales vasculares y macrófagos diferenciados a partir de células pluripotentes inducidas (iPSC) provenientes del mismo donante. Estas poblaciones celulares se cultivan sobre una membrana ultrafina, en compartimentos separados que recrean la barrera aire-líquido del alvéolo, y permiten la interacción entre los distintos componentes en un microambiente controlado.

Cómo el modelo imita la respiración mediante movimientos mecánicos

Una de las innovaciones más importantes es la simulación mecánica de la respiración: máquinas especialmente diseñadas estiran la membrana tridimensionalmente, para imitar la expansión y contracción del alvéolo durante la inhalación y la exhalación. Según una nota de prensa, ese movimiento no solo mejora la maduración de las células epiteliales, sino que también modifica cómo las células responden a patógenos, algo difícil de captar en cultivos estáticos o en modelos animales.

Para demostrar la efectividad del sistema, los autores infectaron el iLoC con Mycobacterium tuberculosis (Mtb). El estudio observó que tanto macrófagos como células epiteliales podían ser infectados con tuberculosis; sin embargo, en la mayoría de las condiciones estas células no permitieron la replicación extensiva de la bacteria.

En cambio, bajo otras condiciones surgieron grandes agregados de macrófagos necróticos que sí favorecieron la replicación bacteriana, reproduciendo aspectos tempranos y heterogéneos de la patología que se ven en pacientes. Estos hallazgos ayudan a explicar por qué algunas personas controlan la infección, mientras que otras desarrollan la enfermedad activa.

Un nuevo camino hacia tratamientos personalizados

El valor clave de este avance es que al generar el chip a partir de las iPSC de una sola persona es posible fabricar modelos que incorporen variantes genéticas o mutaciones concretas del huésped, y así evaluar cómo esas diferencias afectan la susceptibilidad, la progresión de la infección y la eficacia de los fármacos.

Además, el sistema reduce la dependencia de modelos animales y ofrece una plataforma experimental más cercana a la fisiología humana, para el ensayo preclínico de antibióticos y terapias basadas en la acción del sistema inmunológico. Sin dudas, esto podría acelerar el descubrimiento de tratamientos específicos y personalizados para distintas enfermedades respiratorias, que todavía causan millones de muertes al año.