Modelo de infección de la impresora 3D
Investigadores imprimen biopelículas bacterianas en células pulmonares humanas para estudiar las infecciones pulmonares crónicas
Algunos patógenos bacterianos forman las llamadas biopelículas durante los procesos de infección para protegerse de los fármacos o de las células del sistema inmunitario humano. Cada año mueren más de 500.000 personas por infecciones asociadas a biopelículas. Investigadores del Instituto Helmholtz de Investigación Farmacéutica del Sarre (HIPS) han desarrollado ahora un novedoso método para colocar dichas biopelículas en células pulmonares en el laboratorio. El sistema modelo producido mediante "bioimpresión" debería ayudar a comprender mejor los procesos de infección y contribuir al desarrollo de nuevas sustancias activas. Los investigadores han publicado sus resultados en la revista Biofabrication.
Imagen microscópica de fluorescencia de biopelículas impresas en células epiteliales pulmonares.
Licensed under CC BY 4.0, Aliyazdi et al. 2023, Biofabrication. DOI: 10.1088/1758-5090/acd95e
Para desarrollar nuevas terapias contra las infecciones, los investigadores dependen de modelos de laboratorio que les permitan simular y estudiar el proceso de infección. Estos modelos son esenciales, sobre todo en las primeras fases de ensayo y desarrollo de sustancias activas, para reducir al mínimo el número de experimentos necesarios con animales. En el caso de las infecciones asociadas a biopelículas, estos modelos son muy complejos, ya que con la biopelícula, además de las células humanas y los patógenos, entra en juego otro componente que debe reproducirse de la forma más realista posible. Un equipo dirigido por Claus-Michael Lehr, jefe del Departamento de Liberación de Fármacos a través de Barreras Biológicas del HIPS y catedrático de Biofarmacia y Tecnología Farmacéutica de la Universidad del Sarre, ha logrado desarrollar y caracterizar un sistema modelo de este tipo. El HIPS es una sede del Centro Helmholtz para la Investigación de Infecciones (HZI) en cooperación con la Universidad del Sarre.
En el estudio publicado, las células bacterianas, incluida la biopelícula, se colocan sobre una capa de células epiteliales pulmonares mediante una impresora 3D especial. La llamada "bioimpresión" es un proceso complejo que requiere una tinta con propiedades especiales. "El desarrollo de un modelo de infección por biopelícula no es trivial, ya que el rápido crecimiento de las bacterias y la liberación de toxinas pueden provocar fácilmente la muerte prematura de las células pulmonares. Por ello, la conservación de la biopelícula en un sistema de este tipo requiere un entorno muy controlado", explica Claus-Michael Lehr. "Hemos optimizado nuestras biopelículas impresas en 3D para que se parezcan mucho a una biopelícula nativa. Un reto importante era que las biopelículas artificiales mantuvieran su forma después de lavar el exceso de biotinta y que no tuvieran un efecto tóxico en las células pulmonares subyacentes". Ambos retos han dado resultados alentadores con el modelo desarrollado". Para probar la biocompatibilidad con células humanas, las biopelículas se imprimieron sobre células epiteliales bronquiales humanas. Las construcciones producidas se evaluaron mediante microscopía de fluorescencia y electrónica, entre otros métodos, y se optimizaron gradualmente. También se investigó la sensibilidad de las bacterias de la biopelícula a los antibióticos de uso clínico. Las biopelículas impresas dieron lugar a una protección de las bacterias frente al tratamiento con antibióticos similar a la de las biopelículas nativas y, por tanto, son idóneas para simular un tratamiento respectivo.
"Nuestro método puede utilizarse ahora para analizar a la vez varios aspectos de una infección asociada a una biopelícula, como la morfología, la sensibilidad a los antibióticos o los cambios en el metabolismo", afirma Samy Aliyazdi, estudiante de doctorado en el departamento de Claus-Michael Lehr y primer autor del estudio. "Utilizando la bioimpresión 3D, pudimos generar un modelo in vitro robusto basado en humanos que ahora planeamos utilizar para el desarrollo de nuevos antiinfecciosos."
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