Diagrama esquemático del chip alveolar (arriba a la izquierda), fotografía del chip (arriba en el medio), dibujo CAD de la estructura alveolar multigeneracional (arriba a la derecha) y dos patrones de flujo típicos en el chip alveolar (abajo). Crédito:Yonggang Zhu
Los alvéolos son las unidades funcionales básicas del sistema respiratorio humano y actúan como pequeños sacos de aire que intercambian gases. El aire inhalado por la boca y la nariz fluye hacia los pulmones a través de la estructura ramificada de los bronquios, y los alvéolos aparecen en las secciones profundas de esta red.
Para comprender y tratar completamente las enfermedades respiratorias, es importante determinar el patrón de flujo de aire y partículas a través de los alvéolos. En Biomicrofluídica , científicos del Instituto de Tecnología de Harbin en China crearon un sistema alveolar modelo que imita la acción respiratoria del pulmón humano y permite la visualización de patrones de flujo dentro de los alvéolos.
Los investigadores diseñaron un chip que incluye tubos dispuestos como la estructura de un punto de bifurcación en la red bronquial. La capa superior del chip está hecha de un polímero flexible moldeado en pequeños tubos que imitan la estructura alveolar. La capa inferior es de vidrio, lo que permite a los autores visualizar el flujo de fluido a través de los tubos.
Para imitar la respiración, los científicos idearon un sistema en el que el gas se presurizaba de forma sinusoidal y se bombeaba alrededor de los tubos flexibles. Esto crea un ciclo de inhalación y exhalación similar a una respiración. Para estudiar los patrones de flujo en el sistema, el grupo agregó pequeñas esferas rojas de poliestireno al fluido que fluye a través de los tubos. Estas esferas les permitieron fotografiar el movimiento del fluido a medida que el aparato de respiración artificial lo empujaba a través de los tubos.
Las ramas posteriores en la red bronquial se conocen como generaciones, y el equipo encontró diferentes patrones de flujo para diferentes generaciones. En el pulmón humano, los alvéolos aparecen en la generación 15 y permanecen presentes durante generaciones hasta la 23. Los investigadores encontraron un cambio en el patrón de flujo entre las generaciones 19 y 20 y 21 y 22.
"El patrón de flujo alveolar de la generación 19 está dominado por el flujo de vórtice", dijo el autor Yonggang Zhu. "Los patrones de flujo alveolar en la generación 20 son similares a los de la generación 19, pero algo comprimidos".
Los investigadores observaron un cambio en la siguiente generación.
"El patrón de flujo alveolar en la generación 21 tiene tanto un flujo de vórtice como un flujo radial. La región de vórtice es mucho más pequeña que la región de flujo radial. Para cuando el flujo llega a la generación 22, el flujo de vórtice desaparece por completo y solo observamos flujo radial ", dijo Zhu.
Los autores también encontraron evidencia de un comportamiento caótico cerca del centro del vórtice. Dijeron que se necesita más investigación para comprender completamente esto, pero sintieron que el estudio actual proporciona una buena línea de base para investigaciones más profundas.
Con el modelo, los investigadores podrán estudiar los cambios en los patrones de flujo en los alvéolos debido a enfermedades como el enfisema y la EPOC.
El artículo "Microflujos en células alveolares de dos generaciones en una bifurcación acinar" está escrito por Yue Yang, Weitao Bai, Jun Dong, Huimin Lv y Yonggang Zhu. El artículo aparecerá en Biomicrofluidics el 6 de septiembre de 2022. + Explora más
