Teixit pulmonar d’un pacient amb emfisema pulmonar. Les cèl·lules vermelles són cèl·lules sanguínies, el nuclis són blaus-liles i la resta de material extracel·lular és de color rosa. Tinció d’HE. Llicència CC BY 2.0
El dia 15 de novembre es celebra el dia mundial de la MPOC (malaltia pulmonar obstructiva crònica; en castellà EPOC i anglès COPD). La MPOC és una malaltia que es caracteritza per una inflamació crònica de les vies aèries i emfisema del teixit pulmonar. L’emfisema es caracteritza per la ruptura de les parets dels alvèols (NB. 1) provocant un dany irreversible als pulmons. Aquest dany és progressiu en la MPOC i en estadis avançats de la malaltia pot arribar a causar insuficiència respiratòria severa.
Aquest intercanvi insuficient d’aire provoca que es generin grans quantitats de mucositat dins el sistema respiratori generant un ambient favorable per contreure alguna infecció, com un dels casos més greus, la pneumònia. Aquesta malaltia, que és freqüent en pacients de MPOC, es tracta principalment de manera preventiva, és a dir, administrant una vacuna contra els bacteris causants de la infecció. Tot i així, en els pacients que ja l’han contret, se’ls ha d’administrar antibiòtics.
Ens els casos més greus de MPOC l’única teràpia viable és el trasplantament de l’òrgan. Malauradament, l’èxit del transplantament és limitat a causa del rebuig immune que pot generar el receptor. A més, el número d’òrgans viables pel trasplantament són pocs respecte la demanda que hi ha. Una de les alternatives actualment més prometedores és la bioenginyeria d’òrgans, en aquest cas concret, bioenginyeria pulmonar. La bioenginyeria d’òrgans tracta principalment de generar un òrgan nou a partir de (1) una ‘bastida’ que doni l’estructura tridimensional pròpia de l’òrgan; (2) cèl·lules mare del receptor i (3) estímuls químics i físics adequats per a que les cèl·lules esdevinguin els diferents tipus cel·lulars presents en el pulmó.
Un dels principals mètodes que es segueix en la bioenginyeria pulmonar és l’extracció dels pulmons del donant seguit de l’eliminació de totes les cèl·lules que formen l’òrgan, mantenint intacte la matriu extracel·lular. Després es recel·lularitza amb cèl·lules mare del receptor i s’apliquen els estímuls químics i físics propis del sistema respiratori. Tot i així, la bioenginyeria pulmonar encara està lluny de poder obtenir òrgans complets funcionals. Una de les principals causes és que no es coneix bé quins són els factors que porten a diferenciar les cèl·lules en un tipus o en un altre. Per exemple: què fa que una cèl·lula es diferenciï en una cèl·lula de vas sanguini (endotelial) quan està en un vas i una altra en alveolar quan està en un alvèol?
Procés estàndar de l’enginyeria de teixits. Imatge amb llicència CC BY 3.0
Per respondre preguntes com aquesta és necessari poder realitzar experiments a nivell de laboratori que ens permetin estudiar el comportament cel·lular aplicant els estímuls de manera controlada. En aquest sentit, recentment han sorgit les plataformes ‘lab-on-a-chip’ que permeten recrear l’ambient cel·lular adequat per cada situació fisiològica o patofisiològica. L’any 2011, un laboratori de Harvard va ser dels primers a crear un ‘pulmó-en-un-xip’ que recreava al laboratori la interfase alveolo-capil·lar juntament aplicant deformació cíclica (simulant la respiració) i controlant els nivells d’oxigen presents en el pulmó.
En aquest sentit el grup de l’IBEC Cellular and Respiratory Biomechanics es dedica a la bioenginyeria pulmonar, més concretament a estudiar els estímuls biofísics presents en el pulmó. Recentment els investigadors han desenvolupat un model in-vitro que permet l’estudi de cèl·lules en diferents condicions de deformació aplicant canvis de concentració d’oxigen en el pulmó, simulant condicions similars a les que es donen en l’MPOC. En aquest sentit, entendre com afecten aquests factors en la salut i la malaltia permetrà entendre millor com funciona aquesta malaltia pulmonar i també avançar en la bioenginyeria d’òrgans.
Referències:
1. Lung bioengineering: physical stimuli and stem/progenitor cell biology interplay towards biofabricating a functional organ. Respir Res. 2016 Nov 28;17(1):161.
2. Reconstituting organ-level lung functions on a chip. Science. 2010 Jun 25;328(5986):1662-8.
3. A Novel Chip for Cyclic Stretch and Intermittent Hypoxia Cell Exposures Mimicking Obstructive Sleep Apnea. Front Physiol. 2016 Jul 29;7:319.
NB. 1. Alvèol: unitat funcional del pulmó encarregat de l’intercanvi de gasos (oxigen i diòxid de carboni) entre l’organisme i l’exterior.
Autor: Ignasi Jorba
Estudiant de doctorat del grup de l’IBEC