Los minipulmones humanos cultivados por científicos de la Universidad de Manchester pueden imitar la respuesta de los animales cuando se exponen a ciertos nanomateriales.
El estudio realizado en el Laboratorio de Biología NanoCell de la Universidad en el Centro de Nanotecnología en Medicina se publica en la influyente revista Nano hoy.
Aunque no se espera que reemplacen completamente a los modelos animales, los organoides humanos pronto podrían conducir a reducciones significativas en el número de animales de investigación, sostiene el equipo dirigido por la bióloga celular y nanotoxicóloga Dra. Sandra Vranic.
Cultivados en una placa a partir de células madre humanas, los organoides pulmonares son estructuras tridimensionales multicelulares que tienen como objetivo recrear características clave de los tejidos humanos, como la complejidad y la arquitectura celular.
Se utilizan cada vez más para comprender mejor diversas enfermedades pulmonares, desde la fibrosis quística hasta el cáncer de pulmón, y enfermedades infecciosas, incluido el SARS-CoV-2.
Sin embargo, hasta ahora no se ha demostrado su capacidad para capturar las respuestas de los tejidos a la exposición a nanomateriales.
Para exponer el modelo organoide a nanomateriales a base de carbono, el Dr. Rahaf Issa, científico principal del grupo del Dr. Vranic, desarrolló un método para dosificar y microinyectar con precisión nanomateriales en la luz del organoide.
Simuló la exposición en la vida real del epitelio pulmonar apical, la capa más externa de células que recubren las vías respiratorias dentro de los pulmones.
Los datos de investigación existentes en animales han demostrado que un tipo de nanotubos de carbono de paredes múltiples (MWCNT), largos y rígidos, pueden causar efectos adversos en los pulmones, provocando inflamación persistente y fibrosis, un tipo grave de cicatrización irreversible en los pulmones.
Utilizando los mismos criterios de valoración biológicos, los organoides pulmonares humanos del equipo mostraron una respuesta biológica similar, lo que los valida como herramientas para predecir respuestas impulsadas por nanomateriales en el tejido pulmonar.
Los organoides humanos permitieron comprender mejor las interacciones de los nanomateriales con el tejido modelo, pero a nivel celular.
Se descubrió que el óxido de grafeno (GO), una forma plana, delgada y flexible de nanomaterial de carbono, quedó momentáneamente atrapado fuera de peligro en una sustancia producida por el sistema respiratorio llamada mucina secretora.
Por el contrario, MWCNT indujo una interacción más persistente con las células alveolares, con una secreción de mucina más limitada y que condujo al crecimiento de tejido fibroso.
En un desarrollo posterior, el Dr. Issa y Vranic, del Centro de Nanotecnología en Medicina de la Universidad, están desarrollando y estudiando un organoide pulmonar humano innovador que también contiene un componente de célula inmune integrado.
El Dr. Vranic dijo: “Con una mayor validación, una exposición prolongada y la incorporación de un componente inmunológico, los organoides pulmonares humanos podrían reducir en gran medida la necesidad de animales utilizados en la investigación de nanotoxicología.
“Desarrolladas para fomentar la investigación humana con animales, las 3R de reemplazo, reducción y refinamiento ahora están integradas en la legislación del Reino Unido y en muchos otros países.
“Las actitudes del público muestran constantemente que el apoyo a la investigación con animales está condicionado a que se pongan en práctica las 3R”.
Las actuales ‘pruebas 2D’ de nanomateriales que utilizan modelos de cultivo celular bidimensionales proporcionan cierta comprensión de los efectos celulares, pero son tan simplistas que sólo pueden representar parcialmente la compleja forma en que las células se comunican entre sí. Ciertamente no representa la complejidad del epitelio pulmonar humano y puede tergiversar el potencial tóxico de los nanomateriales, para bien o para mal.
Aunque los animales seguirán siendo necesarios en la investigación en el futuro previsible, los organoides ‘3D’ son, no obstante, una perspectiva apasionante en nuestro campo de investigación y en la investigación en general como equivalente humano y alternativa animal”.
Profesor Kostas Kostarelos, catedrático de Nanomedicina, Universidad de Manchester
Fuente:
Referencia de la revista:
Issa, R., et al. (2024). Los organoides pulmonares humanos en funcionamiento modelan la respuesta del tejido pulmonar a la exposición a nanomateriales de carbono. Nano hoy. doi.org/10.1016/j.nantod.2024.102254.
2024-04-27 10:05:00
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