Diseño de modelos pulmonares in vitro

Abstract

[ES] "Los órganos en chips son sistemas biomiméticos de microingeniería que contienen canales microfluídicos revestidos por células humanas vivas, que replican unidades funcionales clave de órganos vivos para reconstituir la fisiopatología integrada a nivel de órganos humanos in vitro". Estos microdispositivos pueden usarse para probar la eficacia y la toxicidad de medicamentos y productos químicos, y para crear modelos in vitro de enfermedades humanas. Además, potencialmente representan alternativas de bajo coste a los modelos de animales convencionales para aplicaciones farmacéuticas, químicas y ambientales. Los órganos en chips permiten recapitular las interfaces tejido-tejido, junto con microambientes químicos y mecánicos complejos específicos de órganos, para imitar unidades funcionales clave en 3D de órganos humanos vivos.

En este trabajo, aplicaremos los principios definidos para la creación de órganos en chips, para estudiar los principales modelos de pulmones en chip, definiendo las características junto con sus ventajas y desventajas de modelos ya planteados en distintos estudios. Para crear un pulmón en chip que imite la interfaz alveolar-capilar mecánicamente activa del pulmón humano vivo, las células epiteliales alveolares humanas y las células endoteliales microvasculares se cultivaron en un microdispositivo con flujo fisiológico y succión cíclica aplicadas en cámaras laterales para reproducir movimientos de respiración rítmicos.

Por último, desde un punto de vista teórico se propondrá un método de fabricación en laboratorio de estos pulmones en chip, resumiendo el progreso reciente y los desafíos clave que se esperan en un futuro próximo.

[EN] Organs-on-chips are micro-engineered biomimetic systems containing microfluidic channels lined by living human cells, which replicate key functional units of living organs to reconstitute integrated human organ-level pathophysiology in vitro. These microdevices can be used to test efficacy and toxicity of drugs and chemicals, thus creating in vitro models of human disease. Besides, they potentially represent low-cost alternatives to conventional animal models for pharmaceutical, chemical and environmental applications. Organs-on-chips allows to recapitulate tissue-tissue interfaces, along with complex organs-specific chemical and mechanical microenvironments, to mimic key 3D functional units of living human organs. In this project, we will apply the principles defined for the creation of organs-on-chips, to study the main lung-on-chip models, defining the characteristics along with their advantages and disadvantages of models already proposed in different studies. To create a breathing lung-on-a-chip that mimics the mechanically active alveolar-capillary interface of the living human lung, human alveolar epithelial cells and microvascular endothelial cells were cultured in a microdevice with physiological flow and cyclic suction applied to the side chambers to reproduce rhythmic breathing movements. Finally, we will propose from a theorical point of view a method of manufacturing lungs-on-chips in a laboratory, summarizing recent progress and the key challenges expected in the near future.