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Los alvéolos son los sacos terminales del sistema respiratorio y sirven como el principal lugar de intercambio de gases. Están compuestos principalmente por células epiteliales alveolares tipo I y II, responsables del intercambio gaseoso, funciones inmunitarias y mantenimiento de la integridad estructural, y fibroblastos dentro de las paredes, que mantienen la homeostasis de la matrizextracelular 1. Estas y otras células residentes están continuamente expuestas a estrés cíclico de estiramiento y cizalladura durante larespiración 2. Estas señales mecánicas se transducen en señales bioquímicas que influyen en la estructura celular, la diferenciación y la comunicación3.
Se observa tensión mecánica patológica en enfermedades pulmonares como la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC). La EPOC es una condición progresiva caracterizada por la destrucción parénquimatosa, inflamación crónica y estrechamiento de las pequeñas víasrespiratorias. En esta enfermedad, la destrucción de las paredes alveolares, la pérdida de elastina, la remodelación de la matriz extracelular (ECM) que conduce a la fibrosis y la inflamación crónica afectan colectivamente la capacidad del pulmón para soportar dañosestructurales 5,6. Esto provoca una deformación alveolar heterogénea y anormal durante la respiración, que se agrava aún más durante los brotes de laenfermedad 7,8.
Aunque se han utilizado varios enfoques in vitro para estudiar la biología alveolar, cada uno presenta limitaciones notables. Los sistemas de cocultivo 2D facilitan la investigación de las interacciones célula-célula, pero no capturan la arquitectura tisular ni la dinámica de la matriz extracelular, reduciendo la relevancia fisiológica. Las culturas 3D estáticas preservan mejor la organización estructural y las interacciones matriciales, pero no incorporan señales mecánicas dinámicas presentes in vivo. Las plataformas microfluídicas y órgano-em-chip pueden imitar el flujo de fluidos y la tensión mecánica, proporcionando alta fidelidad fisiológica, pero a menudo son técnicamente complejas, de bajo rendimiento ycostosas 9. En contraste, el modelo organoide 3D tensado mecánicamente presentado aquí combina complejidad estructural, heterogeneidad celular y estimulación mecánica controlada, un aspecto a menudo pasado por alto en modelos existentes, dentro de una plataforma reproducible y escalable que ofrece un equilibrio entre relevancia fisiológica y accesibilidadexperimental 10,11.
Para comprender los complejos mecanismos que contribuyen a enfermedades como la EPOC y descubrir objetivos terapéuticos, se han establecido modelos de enfermedades. A pesar de su importancia, la tensión mecánica suele pasar por alto en los modelos alveolares in vitro utilizados para estudiar los mecanismos y la patogénesis de enfermedades pulmonares como la EPOC. Para cubrir esta brecha, presentamos un método para cultivar organoides de fibroblastos epiteliales alveolares en una matriz basal, recuperarlos e incrustarlos en geles de colágeno 3D, aplicar deformación mecánica cíclica mediante un biorreactor de estiramiento celular y evaluar resultados estructurales y funcionales clave. Estos modelos organoides mecánicos 3D capturan mejor las interacciones celulares y el microambiente del nicho alveolar humano, permitiendo el estudio de la diafonía epitelial-mesenquimalesa12.
El biorreactor aplica deformación equibiaxial con parámetros configurables, permitiendo hasta un 30% de elongación y frecuencias de hasta 5 Hz para modelar tanto condiciones fisiológicas como patológicas. En este estudio, generamos modelos organoides incrustados en hidrogeles de colágeno-I sometidos a una tensión del 18% a 0,4 Hz durante 24 horas para simular la respiración patológica. Establecimos un flujo de trabajo estandarizado de caracterización que incluye inmunotinción para marcadores específicos de cada célula y inmunoensayos para cuantificar la liberación de mediadores inmunitarios tras una tensión mecánica. El objetivo de este estudio es proporcionar una plataforma fisiológicamente relevante, fácil de usar y adaptable para investigar la biología alveolar bajo estrés mecánico.