Minipulmones para entender mecanismos de acción del COVID-19

Ready-to-use 3D Human Pulmonary Alveolar Epithelial Cell Spheroids ...
Tomado de https://www.sciencellonline.com/ 

La bioimpresión 3D y el desarrollo de miniorganos llamados organoides, llegaron para dar un salto en las nuevas tecnologías en salud y reemplazar los modelos animales. 

En los Laboratorios Nacionales de Enfermedades Infecciosas Emergentes de EE. UU. (NEIDL, por sus siglas en inglés) en Boston (EE. UU.), Nivel 4 de Bioseguridad, en un plato de cultivo tienen alveolos pulmonares humanos, preparados para recibir una carga viral de SARS-CoV-2. 

Este modelo puede arrojar información más fidedigna sobre los extraños y mortales efectos de la COVID-19 en los humanos, mucho mas que la que se obtiene de trabajar con modelos animales como el mono o con modelos virtuales.  

La investigación sobre el tejido pulmonar humano fabricado en laboratorio podría ser beneficiosa en los ensayos de los medicamentos contra esta enfermedad que aún sigue afectando a millones de personas a nivel mundial. Antes de probar cualquier posible fármaco antiviral en las personas, los investigadores comprueban en el laboratorio su potencia para bloquear el virus. Pero después de años de adaptación a una placa de Petri, en condiciones 2D, las células de laboratorio estándar están lejos de ser normales. De hecho los investigadores refieren que las células en esas condiciones por lo general han perdido su capacidad de actuar como un pulmón o un hígado, no responden al interferón, son muy diferentes a las de los tejidos, que presentan o están inmersas en estructuras 3D. 

Los organoides son complejos tejidos en miniatura, con dimensiones que alcanzan apenas unos milímetros, creados a partir de células madre pluripotenciales, las cuales pueden multiplicarse y auto-organizarse hasta que forman pequeños grupos que pueden tener la composición celular básica y las funciones de un órgano real. Existen minintestinos con delicados pliegues, fragmentos cerebrales que emiten ondas de electroencefalograma (EEG) y estructuras muy parecidas a embriones reales.

Los organoides debutaron como solución contra los virus durante el brote de Zika. Al infectar los pequeños cerebros de laboratorio se descubrió que el virus prefería las neuronas jóvenes y en desarrollo. Eso permitió explicar por qué causó microcefalia en algunos recién nacidos brasileños.

Los organoides también pueden ayudar a los investigadores a estudiar enfermedades donde en la actualidad no existen modelos animales, especialmente en el campo de la neurología, con enfermedades como el síndrome bipolar, autismo y  esquizofrenia. 

El director de uno de los laboratorios de fabricación de organoides en Boston,  Finn Hawkins, es médico especialista en pulmones y acaba de terminar un período en UCI con pacientes de COVID-19. El investigador admite: “Nunca había visto algo así. Para mí, lo sorprendente es el severo grado de daño pulmonar que causa en algunos pacientes. No es como el ébola, cuando todos se enferman”. 

Los casos graves luchan con los mismos síntomas aún bastante misteriosos. Se supone que los pacientes conectados a respiradores deberían mejorar. Pero algunos acaban afectados por una #tormenta de citoquinas, una respuesta inflamatoria descontrolada, combinada con la fiebre que no baja. 

Lo que está matando a la mayoría de los pacientes con COVID-19 es que llegan al punto en el que no pueden respirar en absoluto (colocalo resaltado entre corchetes). 

Hawkins detalla: “Sus marcadores suben. Necesitan oxígeno. Ese repentino empeoramiento es algo que nunca antes había visto y que ahora veo continuamente- Nos empezamos a preguntar qué ocurre, qué causa ese empeoramiento”. El investigador y médico, cree que las células respiratorias y pulmonares específicas podrían responder a dos importantes incognitas: 

Primero, qué células permiten que el virus acceda al cuerpo, y segundo, cuál es la clave de los efectos devastadores. 

Si se combinan las células pulmonares derivadas de las células madre con la capacidad de secuenciar y rastrear las moléculas dentro de las células individuales, el resultado es una “resolución increíble que permite obtener información que de otro modo sería imposible”, afirma.

¿Cuáles y como son las células pulmonares que mueren a causa de la infección?

Hawkins detalla: “Suponemos que el virus desencadena algo. Lo que nos interesa descubrir realmente es: cuando el virus accede a una célula, ¿cuáles son las consecuencias posteriores? Algunos médicos piensan que lo que conduce a la muerte son los daños sobre sistema de intercambio de gases de los pulmones, es decir, en los alvéolos. Estas células que intercambian oxígeno son grandes y finas, casi como las velas de un velero. Pero el verdadero problema podría estar en las células “tipo 2”, cuyo trabajo es producir el surfactante, la sustancia que disminuye la tensión superficial para permitir que los sacos de aire permanezcan abiertos.

De acuerdo a Hawkins, de las autopsias resalta el hecho que las células tipo 2 están muy dañadas. Y se ha confirmado que son células infectadas por el virus, por lo que resulta clave entender el mecanismo, para dilucidar qué está matando a estos pacientes. 

Para impulsar estos estudios a nivel internacional, en el laboratorio de Darrell Kotton de la Universidad de Boston, Dr. Jessie Huang ha estado creando células tipo 2 mediante organoides y las ha enviado por todo el mundo. Las células alveolares de los pacientes no son fáciles de crear, pero los laboratorios de Boston han descubierto cómo generarlas y pueden hacer un tipo de organoide llamado alveolosfera.

El uso de alveolosfera pueden ser claves, y reemplazar a los módelos como el de los simios. De hecho, algunos ensayos donde demostraron efectividad de algunos compuestos para combatir el virus en estos simios, al usarse en humanos resultaron ser inútiles. 

Queda esperar los resultados de estos estudios, para entender el mecanismo, probar fármacos y eventualmente conseguir pronto la cura o tratamientos más efectivos contra el virus.

Referencias

  • technologyreview.es

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