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(noticias nanowerk) Los minipulmones humanos desarrollados por científicos de la Universidad de Manchester pueden imitar la reacción de los animales cuando se exponen a ciertos nanomateriales.
El estudio realizado en el Laboratorio de Biología NanoCell de la universidad en el Centro de Nanotecnología en Medicina se publica en la revista nanohoy (“Los organoides pulmonares humanos en funcionamiento modelan la respuesta del tejido pulmonar a la exposición a nanomateriales de carbono”).
Aunque no se espera que reemplacen completamente a los modelos animales, los organoides humanos pronto podrían conducir a una reducción significativa en el número de animales de laboratorio, sostiene el equipo dirigido por el biólogo celular y nanotoxicólogo Dr. Sandra Vranic.
Los organoides pulmonares se cultivan en una placa a partir de células madre humanas y 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 como el SARS-CoV-2.
Sin embargo, aún no se ha demostrado su capacidad para detectar las respuestas de los tejidos a la exposición a nanomateriales.
Para exponer el modelo organoide a nanomateriales basados en carbono, el Dr. Rahaf Issa, científico senior del Dr. El grupo de Vranic desarrolló un método para la dosificación y microinyección precisas de nanomateriales en la luz del organoide.
Simuló la exposición en el mundo real del epitelio pulmonar apical, la capa más externa de células que recubre las vías respiratorias de los pulmones.
Los datos existentes en animales han demostrado que un tipo de nanotubos de carbono de paredes múltiples (MWCNT), largos y rígidos, pueden tener efectos nocivos 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, validándolos 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, está atrapado temporalmente en una sustancia producida por el sistema respiratorio llamada mucina secretora, que no representa ningún peligro.
Por el contrario, MWCNT indujo una interacción más sostenida con las células alveolares, lo que resultó en una menor secreción de mucina y un crecimiento de tejido fibroso.
En un desarrollo adicional, el Dr. Issa y Vranic, del Centro de Nanotecnología en Medicina de la universidad, han desarrollado un innovador organoide pulmonar humano que también contiene un componente de células inmunes integrado.
Dr. Vranic dijo: «Con una mayor validación, una exposición más prolongada y la incorporación de un componente inmunológico, los organoides pulmonares humanos podrían reducir significativamente la necesidad de animales utilizados en la investigación de nanotoxicología. Los principios de las 3R de reemplazo, reducción y refinamiento se desarrollaron para realizar pruebas humanas en animales». Ahora están consagrados en la legislación británica y en muchos otros países. La opinión pública muestra una y otra vez que el apoyo a la experimentación con animales depende de la implementación de los principios de las 3R”.
El profesor Kostas Kostarelos, catedrático de Nanomedicina de la Universidad, dijo: “Las 'pruebas 2D' actuales de nanomateriales utilizando modelos de cultivo celular bidimensionales proporcionan cierta comprensión de los efectos celulares, pero son tan simples que ignoran la compleja forma en que las células se comunican. sólo se representan parcialmente”.
“Ciertamente no refleja la complejidad del epitelio pulmonar humano y puede tergiversar el potencial tóxico de los nanomateriales, para bien o para mal.
«Aunque los animales seguirán siendo necesarios en la investigación en el futuro previsible, los organoides '3D' son una perspectiva apasionante en nuestro campo de investigación y en la investigación en general como equivalente humano y alternativa animal».
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