El pulmón en un chip es un dispositivo de órgano en un chip que modela un pulmón humano vivo y respirante en un microchip . El pulmón en un chip coloca dos capas de tejidos vivos (el revestimiento de los sacos de aire del pulmón y los vasos sanguíneos que los rodean) a lo largo de un límite poroso y flexible. El aire se suministra a las células del revestimiento del pulmón, un medio de cultivo rico fluye en el canal capilar para imitar la sangre y se genera un estiramiento mecánico cíclico mediante un vacío aplicado a las cámaras adyacentes a los canales de cultivo celular para imitar la respiración. El dispositivo está hecho con células de pulmón y vasos sanguíneos humanos y puede predecir la absorción de nanopartículas transportadas por el aire e imitar la respuesta inflamatoria desencadenada por patógenos microbianos . Puede usarse para probar los efectos de las toxinas ambientales, la absorción de terapias en aerosol y la seguridad y eficacia de nuevos medicamentos. Se espera que se convierta en una alternativa a las pruebas con animales .
Los resultados de la investigación sobre el pulmón en un chip se publicaron en la edición del 25 de junio de 2010 de Science , [1] la revista académica de la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia . La investigación fue financiada por los Institutos Nacionales de Salud , la Asociación Estadounidense del Corazón y el Instituto Wyss de Ingeniería Inspirada en la Biología de la Universidad de Harvard .
La tecnología fue desarrollada por Donald E. Ingber , MD, Ph.D., un biólogo celular estadounidense que es el director fundador del Instituto Wyss de Ingeniería Inspirada en la Biología en la Universidad de Harvard, y Dan Dongeun Huh, Ph.D., quien fue becario de desarrollo tecnológico en el Instituto Wyss y ahora es profesor adjunto de la Cátedra de Bioingeniería de la Familia Wilf en la Universidad de Pensilvania. El dispositivo fue creado utilizando una estrategia de microfabricación conocida como litografía blanda, que fue iniciada por George M. Whitesides , un químico estadounidense, que es profesor de química en Harvard, así como miembro del cuerpo docente principal del Instituto Wyss.
La respuesta del pulmón en un chip a los patógenos vivos inhalados se probó introduciendo la bacteria E. coli en el canal de aire del lado del saco aéreo pulmonar del dispositivo, mientras se hacían circular glóbulos blancos a través del canal del lado de los vasos sanguíneos. Las células pulmonares detectaron las bacterias y, a través de la membrana porosa, activaron las células de los vasos sanguíneos, que a su vez desencadenaron una respuesta inmunitaria que finalmente hizo que los glóbulos blancos se desplazaran a la cámara de aire y destruyeran las bacterias.
Los investigadores también introdujeron una variedad de partículas a escala nanométrica (como las que se encuentran en productos comerciales y en la contaminación del aire y del agua) en el canal de aire. Varios tipos de estas nanopartículas ingresaron en las células pulmonares y provocaron que las células produjeran un exceso de radicales libres e indujeran inflamación. Muchas de las partículas pasaron a través del pulmón modelo al canal sanguíneo, y se descubrió que la respiración mecánica mejoraba en gran medida la absorción de nanopartículas desde el saco de aire hacia la sangre.
El equipo del Instituto Wyss está trabajando para construir otros modelos de órganos, como un intestino en un chip, así como modelos de médula ósea e incluso de cáncer. Están explorando la posibilidad de combinar sistemas de órganos, como por ejemplo vincular un pulmón respirador en un chip con un corazón que late en un chip. La combinación de órganos diseñada podría utilizarse para probar fármacos inhalados e identificar terapias nuevas y más eficaces que carezcan de efectos secundarios cardíacos adversos.