Desarrollan la primera estructura vascularizada funcional de pulmón

La enfermedad pulmonar terminal es la tercera causa de muerte en todo el mundo. Los investigadores exploran nuevas formas de promover la autorreparación pulmonar e incrementar el número de donantes de pulmón. Este órgano tiene una extrema complejidad, con más de 40 tipos diferentes de células en su matriz y superficie total, entre la vía aérea y la vasculatura, del tamaño de una pista de tenis. Los esfuerzos para construir pulmones funcionales a través de bioingeniería, desde estructuras totalmente vascularizadas o carentes de ella, han sido infructuosos hasta ahora.

Un equipo de la University of Columbia, liderado por la profesora serbia Gordana Vunjak-Novakovic y el profesor asistente de pediatría N. Valerio Dorrello, es el primero en desarrollar un pulmón funcional perfusable y vascularizado, en un roedor ex vivo (fuera de un cuerpo vivo). Su nueva aproximación, que permite la retirada del epitelio pulmonar mientras mantiene la viabilidad y la función de la red vascular de la matriz del pulmón, se publica hoy en la revista Science Advances.

Durante los últimos años, muchos grupos de investigadores han sido capaces de descelularizar pulmones para construir estructuras a través de bioingenería, con la rigidez adecuada para ser repobladas por nuevas células. Pero para construir un pulmón funcional, los investigadores necesitaban regenerar las superficies epiteliales en la vía aérea y el revestimiento endotelial de la vasculatura. Una red vascular intacta es esencial para mantener la barrera entre la sangre y el gas para un funcionamiento apropiado, pero también para que las células necesarias para repoblar el pulmón sobrevivan. Este reto se había mostrado inalcanzable hasta ahora.

«Hemos desarrollado una aproximación radicalmente nueva para conseguir construir el pulmón mediante bioingeniería”, afirma Vunjak-Novakovic, pionera en la ingeniería de tejidos. Dirige el Laboratory for Stem Cells and Tissue Engineering de la universidad. «Razonamos que una estructura ideal de pulmón debería ser perfusable y tener una vasculatura saludable, así que desarrollamos un método que mantiene la vasculatura mientras eliminamos el revestimiento epitelial defectuoso de la vía aérea y lo reemplazamos con células sanas terapéuticas. Esta habilidad para tratar de forma selectiva el epitelio es importante, ya que normalmente los pulmones enferman a través del epitelio”. Este método preserva al mismo tiempo la vasculatura pulmonar, la matriz y otros tipos de células de soporte tales como fibroblastos, miocitos, condrocitos y pericitos.

Después de la canulación pulmonar en un pulmón de roedor, añadieron ventilación a los pulmones y utilizaron un sistema de perfusión de pulmón ex vivo (EVLP), similar al sistema de oxigenación de la membrana extracorpórea (ECMO) utilizado para dar soporte a pacientes con insuficiencia cardiovascular y respiratoria. A continuación, añadieron intratraquealmente una solución de detergente suave a un solo pulmón para eliminar las células epiteliales y protegieron la vasculatura mediante la circulación de una perfusión que contenía electrolitos y sustratos energéticos. La estructura pulmonar mantuvo la arquitectura bronquial y vascular, y apoyó la unión y el crecimiento de células adultas y de células madre derivadas de células madre en este bioreactor ex vivo.

«Las estrategias diseñadas para aumentar el número de pulmones transplantables deberían tener un impacto inmediato y profundo”, asegura Matthew Bacchetta, profesor asociado de cirujía del Columbia University Medical Center, y coautor del estudio. «El transplante es el único tratamiento definitivo que tenemos para curar esta enfermedad, pero hay una grave escasez de donantes, ya que sólo el 20% de los potenciales donantes son aceptables. Muchos mueren mientras están en la lista de espera«.

Fuente: University of Columbia.