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Development of an innovative Airway-on-Chip microbiome cell culture model to investigate host-microbiome interactions at the airway epithelial surface

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Microbios pulmonares en un modelo de chip dilucidan la lucha huésped-microbiota en la enfermedad respiratoria crónica

Estudios recientes muestran que la microbiota de las vías respiratorias de los pacientes con asma y enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) es muy distinta de la de los pacientes sin enfermedad respiratoria crónica.

Salud

El problema al que se enfrentan científicos y profesionales sanitarios es que no se sabe si los cambios en la composición microbiana de los pulmones contribuyen, y en qué medida, a la susceptibilidad a las infecciones respiratorias, así como a la evolución del asma y de la EPOC. En pulmones de ratones, los cambios originan una inflamación de las vías respiratorias y pérdida de función pulmonar, pero no se ha logrado determinar de forma conclusiva el origen de dichos cambios y cómo dan lugar a una mayor predisposición a infecciones y lesiones pulmonares. Es crucial conocer esta relación, puesto que el tratamiento de los pacientes con asma o de EPOC se limita a paliar los síntomas y evitar un agravamiento de la enfermedad. Lamentablemente, este método se ve obstaculizado por el gran número de paciente resistentes al tratamiento con corticosteroides.

Vía respiratoria en un chip al rescate

«Nuestros objetivos principales eran el desarrollo de un modelo humano de microbiota en “chip de vía respiratoria pulmonar” y el estudio de las interacciones huésped-microbiota en los pulmones», subraya Pieter Hiemstra, coordinador del proyecto EpiCBiome, financiado con fondos europeos, y profesor de biología celular respiratoria e inmunología del Centro Médico Universitario de Leiden. Los investigadores estudiaron la función de los péptidos y proteínas defensivos del huésped en el contexto del asma y la EPOC. El equipo de EpiCBiome aplicó con éxito tecnología de órgano en un chip en su laboratorio y optimizó el «chip de vía respiratoria pulmonar» y «chip de alvéolo pulmonar» con el uso de células del laboratorio de Hiemstra. La investigación contó con el apoyo del programa Marie Skłodowska-Curie. «Fue muy interesante aprender a trabajar con la plataforma de órganos en un chip de Emulate, nuestro socio —recuerda Hiemstra—. Y la formación “in situ” de la beneficiaria de la beca, Anne van der Does, en Emulate ha sido muy valiosa». Además, durante el periodo subvencionado, el equipo optimizó un sistema de cocultivo de la microbiota epitelial pulmonar transpocillo más simplificado. También estudiaron cómo la remodelación del epitelio de las vías respiratorias afecta a la carga microbiana de una mezcla microbiana compleja.

Problemas planteados por los microbios

«El mayor problema que tuvimos que superar fue la obtención de una mezcla microbiana compleja que fuese representativa de una microbiota estable que pudiéramos aplicar a cultivos celulares», explica Hiemstra. Esta limitación perduró durante todo el proyecto y en el laboratorio se trabaja todavía para eliminarla. Otro de los problemas es que las cantidades de microbiota en los pulmones es realmente baja e intentar reproducir dicho nivel «in vitro» plantea retos para la obtención de lecturas fiables. «Como resultado, en el proyecto nos hemos centrado más en la respuesta epitelial que en la composición de la microbiota», resume Hiemstra. El desafío final fue el traslado del modelo de «chip de vía respiratoria pulmonar» al laboratorio neerlandés y la optimización de las condiciones de cultivo para garantizar la fiabilidad y solidez del modelo, lo que llevó más tiempo del esperado.

Futuras de las aplicaciones de vías respiratorias en un chip

El equipo de investigación continuará su trabajo destinado a incorporar microbios en los cultivos, especialmente en el chip, puesto que el trabajo no se ha ampliado todavía hasta ese punto. Esto se relaciona con los planes para ampliar las investigaciones e incluir el cáncer de pulmón. «Además, los experimentos con Transwell nos han proporcionado indicios inestimables sobre cómo la remodelación puede afectar a la microbiota pulmonar y este será el objetivo principal de nuestra futura investigación». Anne van der Does se ha establecido como científica independiente en el departamento y recientemente ha obtenido las primeras subvenciones importantes basadas en la introducción del «chip de vías respiratorias pulmonares» en el laboratorio de Hiemstra. El coordinador del proyecto resume el valor del trabajo realizado: «El proyecto ha sido decisivo en el desarrollo profesional de van der Does y también ha dado como resultado la introducción de un método muy valioso en nuestro laboratorio».

Palabras clave

EpiCBiome, pulmón, chip, microbioma, microbiota, EPOC, cultivo, enfermedad respiratoria

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