Notícia

Modelo em chip das pequenas vias aéreas permite estudos detalhados da asma e DPOC

Instituto Wyss, Universidade Harvard

Fonte

Universidade Harvard

Data

quarta-feira, 23 dezembro 2015 12:20

Áreas

Pneumologia. Microfluídica. MEMS.

Uma equipe de cientistas do Instituto Wyss de Engenharia inspirada na Biologia da Universidade Harvard, nos Estados Unidos, usou a tecnologia de “órgão-em-um-chip” para desenvolver um modelo das pequenas vias aéreas humanas no qual doenças inflamatórias como a Doença Pulmonar Obstrutiva Crônica (DPOC) e a asma podem ser estudadas fora do corpo humano. Como publicado na revista científica Nature Methods no último dia 21 de dezembro, a plataforma permite que os pesquisadores estudem os mecanismos das doenças, identifiquem novos biomarcadores e testem novas drogas.

Assista ao vídeo (em inglês):

Small Airway-on-a-Chip: Modeling COPD and Asthma from Wyss Institute on Vimeo.

A asma e a DPOC são reações inflamatórias no pulmão que podem ser significativamente intensificadas por infecções virais ou bacterianas, bem como pelo fumo. Sabe-se que vários processos alterados ocorrem nas pequenas vias aéreas pulmonares que levam ou retiram ar dos alvéolos. Apesar disso, pouco é conhecido sobre como a inflamação induz mecanismos específicos, como o recrutamento de glóbulos brancos (leucócitos) do sangue e o acúmulo de muco, que compromete o pulmão do paciente.

“Inspirados em nossas últimas pesquisas sobre a construção de modelos de “órgão-em-um-chip” dos alvéolos pulmonares, criamos um novo modelo microfluídico das pequenas vias aéreas pulmonares que reproduz características críticas da asma e DPOC com grande fidelidade e detalhes. Agora, com estas pequenas vias aéreas desenvolvidas com microengenharia, nós podemos estudar doenças inflamatórias pulmonares através do chip revestido com células de pessoas normais ou de pacientes, para compreender melhor os mecanismos das doenças, bem como observar os efeitos de novas terapias”, disse o Prof. Dr. Donald Ingber, pesquisador sênior e líder da equipe multidisciplinar. O Dr. Donald Ingber é diretor do Instituto Wyss, professor de biologia vascular da Escola Médica da Universidade de Harvard e do Boston Children’s Hospital e professor de bioengenharia na Escola de Engenharia da Universidade de Harvard.

 

 

Imagem de microscopia eletrônica de varredura mostra a superfície exposta ao ar do epitélio pulmonar (Fonte: Instituto Wyss).

 

A demanda por este tipo de tecnologia é alta devido à impossibilidade de se estudar adequadamente as pequenas vias aéreas in vivo, seja em humanos ou em animais. Além disso, até o presente momento, não existem terapias efetivas para parar ou reverter os complexos processos inflamatórios. “Para reproduzir com detalhes a complexa arquitetura celular 3D das pequenas vias aéreas, projetamos um dispositivo microfluídico que contém um epitélio completo das pequenas vias aéreas, com diferentes tipos de células especializadas expostas ao ar em um dos dois microcanais paralelos. O segundo canal está coberto pelo endotélio vascular humano, no qual escoam células brancas do sangue e nutrientes, de modo que o microssistema vivo possa ser mantido por várias semanas. Nós então modelamos as condições inflamatórias da asma e da DPOC adicionando um fator imune indutor de asma, ou então colocando no sistema células epiteliais pulmonares de um paciente com DPOC”, disse o Dr. Remi Villenave, que faz pós-doutorado na equipe do professor Donald Ingber. Em ambos os casos, não só foram observadas mudanças específicas das doenças mas também foi possível realçá-las, simulando uma infecção viral ou bacteriana.

“Esta nova tecnologia nos dá a possibilidade de estudar as atividades em escala molecular no contexto do tecido pulmonar humano. Também podemos estudar contribuições de tipos específicos de células e fatores bioquímicos em doenças das pequenas vias aéreas, incluindo como as células imunes são recrutadas para o local da inflamação e como o comprometimento da função ciliar contribui para a liberação de muco nos pulmões dos pacientes”, disse o Dr. Kambez Hajipouran Benam, que também desenvolve seu pós-doutorado na equipe do professor Ingber.

Finalmente, a equipe de cientistas mostrou que esta tecnologia aplicada às pequenas vias aéreas pode ser utilizada como plataforma para o desenvolvimento de drogas específicas para cada doença pulmonar, além do desenvolvimento de novos biomarcadores. “Esta nova habilidade de construir chips simuladores das pequenas vias aéreas com células de cada paciente com doenças como a DPOC possibilita a investigação dos efeitos da variabilidade genética, de populações específicas de células imunes, de candidatos a novos fármacos e até mesmo o estudo de vírus pandêmicos de um modo totalmente novo e personalizado, o que deve aumentar a probabilidade de sucesso de terapias futuras”, conclui o professor Ingber.

Fonte: Instituto Wyss, Universidade Harvard, Imagem: Divulgação, Instituto Wyss.

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