Un om respiră de 600 de milioane de ori într-o viață. Fiecare respirație întinde țesuturile plămânilor la fiecare inspirație și le relaxează la fiecare expirație. Se știe că mișcările respiratorii influențează funcțiile vitale ale plămânilor, inclusiv dezvoltarea la bebeluși. O nouă cercetare de la Institutul Wyss din SUA a dezvăluit că acest model constant de întindere și relaxare generează răspunsuri imune împotriva virusurilor.

Folosind un cip pulmonar, care reproduce structurile și funcțiile alveolelor pulmonare, echipa de cercetare a descoperit că aplicarea forțelor mecanice care imită mișcările respiratorii suprimă replicarea virusului gripal prin activarea răspunsurilor imune înnăscute. De asemenea, ei au identificat mai multe medicamente care au redus producția de citokine inflamatorii la nivelul cipurile alveolare infectate, care ar putea fi utile în tratarea inflamației excesive a plămânilor.

„Această cercetare demonstrează importanța mișcărilor respiratorii în funcția pulmonară, inclusiv răspunsurile imune la infecții, și arată că cipul nostru alveolar poate fi folosit pentru a modela aceste răspunsuri în porțiunile profunde ale plămânului, unde infecțiile sunt adesea mai severe și duc la spitalizare și deces. Acest model poate fi folosit și în testarea preclinică a medicamentelor pentru a se asigura că medicamentele candidate reduc efectiv infecția și inflamația în țesutul pulmonar funcțional”, a spus unul dintre autori studiului, Haiqing Bai.

Dezvoltarea flu-on-a-chip

Fazele incipiente ale pandemiei de COVID-19 au arătat că plămânul este un organ vulnerabil, în care inflamația ca răspuns la infecție poate genera o „furtună de citokine” ce poate avea consecințe mortale. Cu toate acestea, plămânii sunt foarte complecși și este dificil să reproduci caracteristicile lor unice în laborator. Această complexitate a împiedicat înțelegerea modului în care plămânii funcționează la nivel de celule și țesuturi, atât atunci când starea de sănătate este una bună, cât și atunci când starea de sănătate este afectată.

Organ-on- a-chip, dezvoltat de Institutului Wyss pentru a aborda această problemă a reprodus cu fidelitate funcțiile multor organe umane diferite, inclusiv plămânul. Cercetătorii de la Wyss au lucrat la replicarea diferitelor boli pulmonare pentru a studia modul în care reacționează țesuturile pulmonare la virusurile respiratorii cu potențial pandemic și pentru a testa potențialele tratamente.

Când cercetătorii au infectat aceste cipuri alveolare, care „respira”, cu virusul gripal H3N2 au observat dezvoltarea mai multor semne distinctive cunoscute ale infecției gripale, inclusiv: desprinderea joncțiunilor dintre celule, o creștere cu 25% a morții celulare și inițierea procesului de refacere celulară. Infecția a dus la creșterea nivelurilor de citokine inflamatorii multiple în canalul vaselor de sânge, inclusiv interferonul de tip III (IFN-III), care protejează în mod natural împotriva infecției virale.

Echipa a efectuat apoi același experiment în absența mișcărilor respiratorii. Spre surprinderea lor, cipurile expuse mișcărilor respiratorii aveau cu 50% mai puțin ARNm viral în canalele alveolare și o reducere semnificativă a nivelurilor de citokine inflamatorii, în comparație cu cipurile statice.

„Aceasta a fost cea mai neașteptată descoperire a noastră – că doar impulsurile mecanice pot genera un răspuns imunitar înnăscut la nivelul plămânilor”, afirmă Longlong Si, autor al studiului.

Știind că uneori plămânii sunt solicitați cu 5% mai mult, cum ar fi în boala pulmonară obstructivă cronică (BPOC) sau când pacienții sunt supuși ventilației mecanice, oamenii de știință au ridicat nivelul solicitării pulmonare cu 10% pentru a observa ce s-ar putea întâmpla. Un nivel mai ridicat al solicitării pulmonare a provocat o creștere a genelor și proceselor de răspuns imun înnăscut, inclusiv mai multe citokine inflamatorii.

„Faptul că nivelul mai mare a dus la o producție mai mare de citokine, ar putea explica de ce pacienții cu afecțiuni pulmonare, cum ar fi BPOC, suferă de inflamație cronică și de ce unii pacienții ventilați mecanic se confruntă uneori cu leziuni pulmonare induse”, a explicat Si.

 

Articol preluat și tradus de pe TechnologyNetworks.com

Sursă foto: wyss.harvard.edu