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 se publica en Nano Today .
Aunque no se espera que reemplacen por completo 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 conduce al crecimiento de tejido fibroso.
En un desarrollo adicional, el Dr. Issa y Vranic, del Centro de Nanotecnología en Medicina de la Universidad, ahora están desarrollando y estudiando un organoide pulmonar humano innovador que también contiene un componente de células inmunes 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 consistentemente que el apoyo a la investigación con animales está condicionado a que se pongan en práctica las 3R."
El profesor Kostas Kostarelos, catedrático de Nanomedicina de la Universidad, dijo:"Las 'pruebas 2D' actuales 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 en el futuro inmediato se seguirán necesitando animales en la investigación, los organoides '3D' representan una perspectiva interesante en nuestro campo de investigación y en la investigación en general como equivalente humano y alternativa animal."
Más información: Rahaf Issa et al, Organoides pulmonares humanos en funcionamiento modelan la respuesta del tejido pulmonar a la exposición a nanomateriales de carbono, Nano Today (2024). DOI:10.1016/j.nantod.2024.102254
Información de la revista: Nano hoy
Proporcionado por la Universidad de Manchester
