CREAN MICRO CHIP QUE REPRODUCE LA RESPIRACION PULMONAR HUMANA!!

Adicionalmente, debido a que el chip pulmón es translúcido, proporciona una ventana hacia el funcionamiento interno del pulmón humano sin tener que invadir un cuerpo vivo. Tiene el potencial de ser una valiosa herramienta para probar los efectos de las toxinas ambientales, la absorción de la terapéutica en aerosol y la seguridad y eficacia de nuevos fármacos. Esta herramienta puede ayudar a acelerar el desarrollo farmacéutico mediante la reducción de la dependencia de los modelos actuales, en el que probar una sustancia puede llegar a costar más de $ 2 millones.

“La capacidad del chip dispositivo pulmonar para predecir la absorción de las nanopartículas en el aire y simular la respuesta inflamatoria desencadenada por patógenos microbianos, ofrece prueba de principio para el concepto de que los órganos-on-chips podrían sustituir a muchos estudios en animales el futuro “, dice Donald Ingber, autor principal del estudio y director fundador del Instituto Harvard de Wyss.
El documento se encuentra en Sciense del 25 de junio.
Hasta ahora, los microsistemas de la ingeniería tisular han sido limitados, ya sea mecánica o biológicamnte, dice Ingber, que es también el profesor Judah Folkman vasculares de Biología en la Escuela de Medicina de Harvard y Boston Children’s Hospital. “Realmente no puedo entender cómo funciona la biología a menos que lo pongamos en el contexto físico de las células de vida reales, los tejidos y órganos.”
Con cada aliento humano, el aire entra en los pulmones, llena de aire los microscópicos sacos llamados alvéolos y el oxígeno se transfiere a través de una membrana delgada y flexible, permeable de las células del pulmón en el torrente sanguíneo. Es esta membrana una interfaz de tres capas de las células pulmonares, una permeabilidad de la matriz extracelular y capilar de las células de los vasos sanguíneos -que hace levantar objetos pesados del pulmón. Es más, esta interfaz de pulmón-sangre reconoce invasores como bacterias o toxinas inhaladas y activa una respuesta inmune.
El microdispositivo pulmón-on-a-chip tiene un nuevo enfoque de la ingeniería de tejidos mediante la colocación de dos capas de tejidos vivos, las paredes de los sacos de aire de los pulmones y los vasos sanguíneos que los rodean-a través de una frontera porosa y flexible. Los flujos de aire se entregan a las células forro del pulmón, un canal capilar para imitar la sangre y el estiramiento cíclico mecánico imita la respiración. El dispositivo fue creado usando una estrategia de microfabricación nueva que utiliza materiales de goma clara. La estrategia fue iniciada por otro miembro de la facultad Wyss principal, George Whitesides, el L. Woodford y Ana Flores A. profesor de la Universidad de Harvard.
“Nos inspiramos en cómo funciona la respiración en el pulmón humano a través de la creación de un vacío que se crea cuando nuestro pecho se expande, lo que aspira el aire en los pulmones y hace que las paredes del saco de aire se estiren, dice el primer autor Dan Huh, una tecnología de desarrollo afines en el Instituto Wyss. “Nuestro uso de una aspiradora para imitar esto en nuestro sistema microengineered se basó en los principios de diseño de la naturaleza.”
Para determinar qué tan bien el dispositivo reproduce la respuesta natural de los pulmones de vida a los estímulos, los investigadores analizaron su respuesta a la vida inhalabdo la bacteria E. coli. Ellos introdujeron bacterias en el canal de aire en el lado del pulmón del dispositivo y al mismo tiempo corría en la sangre globulos blancos a través del canal en el lado de los vasos sanguíneos. Las células de pulmón detectaron la bacteria y, a través de la membrana porosa, que activa a las células de los vasos sanguíneos, a su vez desencadena una respuesta inmune que finalmente hizo que las células blancas de la sangre pasaran a la cámara de aire y destruyeran las bacterias.
“La capacidad para recrear con realismo tanto en la mecánica y biológica de las partes in vivo en la moneda es una innovación interesante “, dice Rustem Ismagilov, profesor de química en la Universidad de Chicago, que se especializa en sistemas bioquímicos de microfluídica.
El equipo siguió este experimento con una aplicación “del mundo real del dispositivo”, dice Huh. Ellos introdujeron una variedad de partículas a escala nanométrica (un nanómetro es una mil millonésima de un metro) en el canal de salida de aire. Algunas de estas partículas existen en los productos comerciales, mientras que otros se encuentran en el aire y la contaminación del agua. Varios tipos de estas nanopartículas entraron en las células de pulmón y hacían que las células produjeran en exceso radicales libres e indujeron la inflamación. Muchas de las partículas pasan a través del modelo de pulmón en el canal de la sangre, y los investigadores descubrieron que la respiración mecánica mejora enormemente la absorción de las nanopartículas. Benjamin Matthews, profesor de la Escuela de Medicina de Harvard asistente en el Programa de Biología Vascular del Hospital Infantil de Boston, verificó estos nuevos hallazgos en ratones.
“Lo más importante es que hemos aprendido de este modelo que el acto de la respiración aumenta la absorción de nanopartículas y que también desempeña un papel importante en la inducción de la toxicidad de estas nanopartículas”, dice Huh.
Órganos-on-chips
“Este pulmón-on-a-chip es limpio y se combina una serie de tecnologías de forma innovadora”, dice Robert Langer, profesor del MIT, Instituto. “Creo que debería ser útil para probar la seguridad de las diferentes sustancias en el pulmón y también puedo imaginar otras aplicaciones relacionadas, tales como en la investigación de cómo funciona el pulmón”.

Según Ismagilov, es demasiado pronto para predecir el éxito de este campo de investigación. No obstante, “la posibilidad de utilizar células humanas, mientras que una recapitulación de las complejas características mecánicas y microambientes química de un órgano podría proporcionar un cambio de paradigma verdaderamente revolucionaria en el descubrimiento de fármacos, “, dice.

Los investigadores aún no han demostrado la capacidad del sistema para imitar el intercambio de gases entre el saco de aire y la circulación sanguínea, una función clave de los pulmones, pero, dice Huh, que están explorando ahora.

El equipo Wyss Instituto también está trabajando para construir otros modelos de órganos, como una tripa-on-a-chip, así como la médula ósea e incluso modelos de cáncer. Además, están estudiando la posibilidad de combinar los sistemas de órganos.

Por ejemplo, Ingber está colaborando con Kevin Kit Parker, profesor asociado en la Escuela de Harvard de la Universidad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas y otro miembro del núcleo Wyss facultad, que ha creado un corazón latiendo-on-a-chip. Tienen la esperanza de vincular la respiración pulmonar-en-un-chip a los latidos del corazón-en-un-chip. La combinación de ingeniería de órganos podría ser utilizado para probar medicamentos inhalados y para identificar nuevas y más eficaces terapias que supriman los efectos secundarios adversos cardíacos.

Esta investigación fue financiada por los Institutos Nacional de Salud, la Asociación Americana del Corazón y el Instituto Wyss de inspiración biológica de Ingeniería de la Universidad de Harvard.