Investigación sobre la fibrosis quística para beneficiarse de los "mini-pulmones" cultivados en laboratorio

En la actualidad, para detectar compuestos que puedan ser prometedores para combatir la enfermedad, los investigadores deben confiar en modelos animales como ratones de laboratorio especialmente criados. Sin embargo, muchas drogas candidatas que pasan tales pruebas son rechazadas posteriormente, y algunas que no pasan pueden ser efectivas en humanos. Esto provoca demoras, costos elevados y oportunidades perdidas para el desarrollo de nuevos tratamientos urgentemente necesarios.
Los científicos recrearon condiciones similares a las que ocurren cuando el embrión humano desarrolla diferentes tipos de tejido pulmonar.
Crédito de la imagen: Nick Hannan, Universidad de Cambridge

Las células madre son células que tienen el potencial de convertirse en cualquier célula del cuerpo. Los científicos han desarrollado varias formas de lograr esta transformación y también de obtener células madre. El progreso en este campo se muestra prometedor como una vía para crear modelos realistas de tejido humano derivado de células humanas, los llamados "organoides" o "mini-órganos".

Por ejemplo, recientemente informamos un estudio que mostró cómo un nuevo sistema de cultivo de organoides 3D promete transformar la investigación y los tratamientos del cáncer de páncreas.

Y en otro informe anterior, describimos cómo los científicos crearon organoides completamente funcionales de intestinos humanos.

Ahora, un equipo de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido ha creado con éxito "mini-pulmones" como un camino a seguir para investigar y probar nuevos medicamentos para combatir la fibrosis quística debilitante de la enfermedad pulmonar.

Mini-pulmones formados por tejido distal de las vías respiratorias

Ahora, escribiendo en el diario Células madre y desarrollo, un equipo de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido describe cómo creó exitosamente los "mini-pulmones" como una forma de avanzar en la investigación y prueba de nuevos medicamentos para combatir la fibrosis quística debilitante de la enfermedad pulmonar.

Utilizando células madre derivadas de pieles de pacientes con fibrosis quística, los científicos generaron modelos organoides de la parte distal del tejido pulmonar, la parte que forma las vías respiratorias donde los gases se intercambian con el medio ambiente. El líder del estudio, el Dr. Nick Hannan, explica:

"En cierto sentido, lo que hemos creado son 'mini-pulmones'. Aunque solo representan la parte distal del tejido pulmonar, se cultivan a partir de células humanas y, por lo tanto, pueden ser más confiables que los modelos animales tradicionales, como los ratones. Podemos utilizarlos para aprender más sobre aspectos clave de enfermedades graves. En nuestro caso , fibrosis quística."

La fibrosis quística es una afección en la que los pulmones producen demasiada mucosidad espesa que causa problemas respiratorios y aumenta el riesgo de infección respiratoria. La enfermedad es monogénica, es decir, es causada por una sola falla genética, aunque la mutación puede ser diferente en diferentes pacientes.

Los avances recientes en los tratamientos están ayudando a extender la vida de las personas con fibrosis quística, que tienden a tener una vida media más corta.

Los organoides replican el tejido pulmonar de la forma más común de fibrosis quística

Para su estudio, el Dr. Hannan y sus colegas del Welltec Trust-Medical Research Council Cambridge Stem Cell Institute, generaron células madre de las células de la piel de pacientes con la forma más común de fibrosis quística que surge de una falla en el gen CFTR conocido como la mutación delta-F508. La mutación es la causa de la fibrosis quística en alrededor de las tres cuartas partes de los pacientes del Reino Unido.

El equipo reprogramó las células de la piel para volver a un estado conocido como "pluripotente inducido", convirtiéndolas en células madre que están preparadas para convertirse en cualquier tipo de célula en el cuerpo.

Usando las células del estado pluripotentes inducidas (iPSCs), el equipo recreó condiciones similares a las que ocurren cuando el embrión humano desarrolla diferentes tipos de tejido pulmonar, un proceso llamado "gastrulación".

Durante la gastrulación, el embrión crece en el endodermo y luego en el intestino anterior, desde donde emergen los pulmones y se forman diferentes tipos de tejidos, incluidos los más alejados del punto de origen: el tejido pulmonar "distal" de las vías respiratorias donde se intercambian gases entre el cuerpo y el medio ambiente.

El tejido distal suele ser la parte de los pulmones que causa problemas en enfermedades como la fibrosis quística, algunas formas de cáncer de pulmón y el enfisema.

Los mini-pulmones se desempeñaron bien en las pruebas que muestran el mal funcionamiento del canal de cloruro

En las personas con la mutación delta-F508, la proteína CFTR en el tejido de sus vías respiratorias no se pliega correctamente por lo que no se expresa adecuadamente en las superficies celulares. Esto interrumpe la función del canal de cloruro.

Los canales de cloruro son proteínas de superficie que forman poros que permiten que los iones de cloruro entren y salgan de las células del tejido de las vías respiratorias. Si no funcionan bien, las células no pueden mover el agua hacia el revestimiento de los pulmones, causando que la mucosidad se vuelva demasiado pegajosa. Esto ocasiona dificultades respiratorias y un mayor riesgo de infección bacteriana, que a largo plazo provoca cicatrices o "fibrosis".

Para probar qué tan bien sus mini-pulmones replicaron las condiciones de fibrosis quística en pacientes con la mutación delta-F508, el equipo utilizó un tinte fluorescente que es sensible al cloruro. Con la ayuda del tinte pudieron demostrar que, en comparación con las células sanas, las de los mini-pulmones habían restringido el movimiento del cloro.

Luego, el equipo utilizó el sistema de tinte y los mini-pulmones para mostrar que la adición de una molécula pequeña ayudaba a las células enfermas a mover el cloruro con mayor facilidad, así como a las células sanas. El Dr. Hannan concluye:

"Estamos seguros de que este proceso podría ampliarse para permitirnos detectar decenas de miles de compuestos y desarrollar mini-pulmones con otras enfermedades como el cáncer de pulmón y la fibrosis pulmonar idiopática. Esto es mucho más práctico, debe proporcionar datos más confiables y también es más ético que usar grandes cantidades de ratones para tal investigación ".

La mayoría de los fondos para el estudio provino del Consejo Europeo de Investigación, el Centro de Investigación Biomédica del Instituto Nacional de Investigaciones de Salud y el Evelyn Trust.

Mientras tanto, Noticias médicas hoy Recientemente aprendí cómo otro equipo de la Universidad de Texas en Austin ha desarrollado una nueva forma de evaluar la causa más común de infección potencialmente mortal en pacientes con fibrosis quística, una bacteria llamada Pseudomonas aeruginosa.

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