Name: Modelado del glicocálix endotelial después de la neumonectomía en un chip fluídico 3D: un enfoque para fabricar un sistema de órgano en chip basado en el sistema vascular (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-09-16T13:20:00.000+00:00
Duration: 6 min 12 s
Description: Aprende a construir un sistema de órgano en chip para modelar el glicocálix endotelial tras neumonectomía. Este método biomimético mejora los modelos vasculares in vitro para investigar enfermedades.

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Una neumonectomía es una intervención quirúrgica invasiva y de alto riesgo que se realiza para extraer el pulmón derecho o izquierdo1. Este procedimiento se utiliza típicamente como una opción de tratamiento para diversas dolencias graves, como cáncer de pulmón, tuberculosis pulmonary lesiones pulmonares traumáticas. Si bien el procedimiento es prometedor, presenta riesgos significativos, resaltados por el aumento de las tasas de complicaciones postoperatorias que van desde arritmias hasta edemas pulmonares1.
Las neumonectomías tienen un profundo impacto en la dinámica cardiovascular al dirigir todo el gasto cardíaco del corazón hacia el pulmón restante3. Se sabe que esta redirección del flujo sanguíneo aumenta la presión y las tensiones de cizallamiento dentro de la vasculatura pulmonar restante4. Con estas grandes alteraciones en los patrones de flujo sanguíneo, el glicocálix endotelial (GCX) juega un papel fundamental en la detección de estos cambios en los patrones de flujo sanguíneo5.
El GCX es una capa similar a un gel que regula las actividades bioquímicas en respuesta a los cambios en su entorno 6,7. Se ha demostrado que su expresión aumenta con la exposición prolongada al flujo uniforme y disminuye con la exposición al flujo perturbado en comparación con el cultivo estático 8,9. El GCX exhibe un espesor variable que varía de 0,1 a 1 μm en toda la vasculatura y funciona como una capa de mecanotransducción esencial que recubre las células endoteliales de los vasos sanguíneos10. La red está compuesta por una densa capa de azúcares, lípidos y proteínas, como se muestra en la Figura 1. Estos azúcares se unen para formar glicanos, que pueden existir libremente en el torrente sanguíneo o unidos a proteínas o lípidos, lo que da como resultado la formación de proteoglicanos, glicoproteínas o glicolípidos 7,11. Los proteoglicanos están compuestos por cadenas de glicosaminoglicanos (GAG), que se unen a la membrana celular a través de proteínas o receptores plasmáticos. Estos GAG incluyen sulfato de heparán (HS), ácido hialurónico (HA), sulfato de condroitina (CS), sulfato de dermatán y sulfato de queratán12. El sulfato de heparán es el GAG predominante, que representa más del 50% del total de GAG que se encuentran en el GCX. Estas cadenas laterales pueden unirse a proteínas centrales incrustadas, que incluyen glipicanos (anclados por glicosilfosfatidilinositol) y sindecanos (con un dominio que abarca la membrana), junto con CD44 (un receptor de adhesión superficial). Los complejos descritos anteriormente juegan un papel crucial en la regulación de los factores de crecimiento, las reacciones antiinflamatorias, la facilitación de la dilatación de los vasos y el control de la permeabilidad vascular13.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67246/67246fig1v2.jpg"> 
Figura 1: Diagrama de componentes de GCX. Esquema que representa los componentes del glicocálix endotelial. Este esquema muestra el glicocáliz apical, que se encuentra en la luz del vaso, mostrando sus proteoglicanos y glicoproteínas unidos a la membrana. Creado con BioRender.com <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67246/67246fig1v2large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
Aunque la conexión precisa entre las neumonectomías y el daño de GCX no está bien estudiada, existe una correlación plausible entre los patrones de flujo sanguíneo alterados inducidos por las neumonectomías y la integridad del GCX. Se sabe que la alteración del flujo sanguíneo en la vasculatura inflige daño al GCX6. Planteamos la hipótesis de que el aumento del flujo alterado y los cambios en el esfuerzo cortante en la vasculatura restante después de una neumonectomía pueden infligir daño al GCX con el tiempo. Este deterioro acelerado puede catalizar complicaciones y morbilidades postoperatorias, aumentando así los riesgos inherentes para la salud general del paciente13.
Este protocolo tuvo como objetivo modelar la vasculatura pulmonar después de la neumonectomía, siguiendo el procedimiento general descrito en la Figura 2. Las simulaciones de fluidos se realizaron en un modelo de diseño asistido por computadora que replicaba la vasculatura pulmonar humana con y sin neumonectomía. Los modelos de neumonectomía se crearon mediante el diseño de vasculatura pulmonar 3D en software de modelado 3D, basado en dimensiones derivadas de tomografías computarizadas y datos de literatura, y luego simplificándolos aún más para simulaciones de flujo en software de dinámica de fluidos computacional (CFD). Las simulaciones identificaron áreas específicas de interés, elegidas por áreas donde el esfuerzo cortante aumentó en los modelos de neumonectomía en comparación con el control. Estas áreas de interés fueron elegidas para replicar para construir un modelo in vitro . El modelo in vitro utilizó un diseño de cámara fluídica para simular múltiples secciones de vasculatura con geometría normal y geometría de neumonectomía para simular la diferencia en las condiciones de flujo.
Las células endoteliales microvasculares pulmonares humanas (HLMVEC) se cultivaron en sustratos de polidimetilsiloxano (PDMS) recubiertos de fibronectina, con forma de imitar una región de bifurcación seleccionada. Los medios de cultivo de células endoteliales microvasculares se perfundieron a través del sistema utilizando una bomba peristáltica. Finalmente, las células y GCX se fijaron, se inmunotiñeron con un anticuerpo de tinción GCX y se visualizaron con un microscopio fluorescente para evaluar su estado después de la exposición al flujo de fluido. En la Tabla 1 se puede encontrar una línea de tiempo general del protocolo.
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67246/67246fig2.jpg"> 
Figura 2: Secuencia de desarrollo de OOC. Secuencia de desarrollo de un nuevo sistema OOC para estudiar los efectos de la neumonectomía pulmonar (1) tomografía computarizada generada de la vasculatura pulmonar humana. (2) Geometría de tomografía computarizada utilizada para identificar regiones de interés para el modelo CAD 3D. (3) Simulaciones de flujo de fluidos para determinar geometrías de interés para el modelo in vitro . (4) Molde PDMS modelado que contiene áreas de interés de los resultados de la simulación (5) Molde insertado en una caja acrílica para fijar el molde para la perfusión (6) Configuración completa de la cámara de flujo (7) Configuración completa de la cámara de flujo transferida a la incubadora (8) Imágenes fluorescentes y de campo claro tomadas después de la exposición a la tensión de corte. Creado con BioRender.com <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67246/67246fig2large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
Tabla 1: Cronograma general del protocolo. General Secuencia de realización de pasos dentro del protocolo con duración media (h) de cada paso. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67246/Table%201.xlsx" target="_blank">Haga clic aquí para descargar esta tabla.</a>

<table><tbody><tr><td>#8-32 x 3/4 pulg. Tornillo de máquina de cabeza redonda Combo Zincado (paquete de 8)</td><td>Everbilt</td><td>204274613</td><td>-</td></tr><tr><td>0,25% EDTA-tripsina</td><td>ThermoFisher Scientific</td><td>25200056&nbsp;</td><td>-</td></tr><tr><td>Tubos de centrífuga cónicos estériles de polipropileno de 15 ml</td><td>Thermo Scientific</td><td>12-565-269</td><td>-</td></tr><tr><td>Plato de 35x10mm, Nunclon Delta</td><td>Thermo Scientific</td><td>153066</td><td>-</td></tr><tr><td>Tubos de centrífuga de polipropileno estériles cónicos de 50 ml</td><td>Thermo Scientific</td><td>12-565-271</td><td>-</td></tr><tr><td>Tapones de goma surtidos</td><td>Marca de pescador</td><td>14-132</td><td></td></tr><tr><td>Matraces tratados con cultivo celular BioLite (25 cm ^ 2)</td><td>Thermo Scientific</td><td>12-556-009</td><td>-</td></tr><tr><td>Matraces tratados con cultivo celular BioLite (75 cm ^ 2)</td><td>Thermo Scientific</td><td>12-556-010</td><td>-</td></tr><tr><td>COMSOL Multifísica</td><td>COMSOL</td><td>N/A</td><td>-</td></tr><tr><td>Adhesivo de doble cara&nbsp;</td><td>3M</td><td>16758005</td><td>-</td></tr><tr><td>Cubierta de vidrio científica Epredia Richard-Allan&nbsp;</td><td>Thermo Scientific</td><td>22-050-218</td><td>-</td></tr><tr><td>Suero fetal bovino</td><td>ThermoFisher Scientific&nbsp;</td><td>A5256701&nbsp;</td><td>-</td></tr><tr><td>Fibronectina</td><td>ThermoFisher Scientific&nbsp;</td><td>33016015&nbsp;</td><td>20 &mu; g/ml de dilución</td></tr><tr><td>Baños de agua de control digital Fisherbrand Isotemp: Modelo 210</td><td>Marca de pescador</td><td>15-462-10Q</td><td>-</td></tr><tr><td>Jeringa estéril Fisherbrand (60 ml)</td><td>Marca de pescador</td><td>14-955-461</td><td>-</td></tr><tr><td>Células endoteliales microvasculares pulmonares humanas</td><td>Sigma Aldrich</td><td>540-05A&nbsp;</td><td>-</td></tr><tr><td>Microscopio fluorescente Keyence BZX810</td><td>Clave</td><td>N/A</td><td>-</td></tr><tr><td>Kit de elastómetro de silicona Krayden Dow Sylgard 184. Transparente, (1.1LB)</td><td>Dow</td><td>4019862</td><td>-</td></tr><tr><td>Lámina de acrílico fundido Marga Cipta de 1/2' de espesor, 48x96'</td><td>Marga Cipta</td><td>N/A</td><td>-</td></tr><tr><td>Cabezal de bomba Masterflex L/S Easy-Load II</td><td>MasterFlex</td><td>77200-50</td><td></td></tr><tr><td>Tubo de bomba de precisión Masterflex L/S, silicona curada con platino, L/S 16; 25 pies</td><td>MasterFlex</td><td>96410-16</td><td>-</td></tr><tr><td>Bomba peristáltica estándar Masterflex L/S</td><td>Masterflex</td><td>07522-20</td><td></td></tr><tr><td>Micropipeta 0,2 a 2 &mu; L</td><td>Marca de pescador</td><td>FBE00002</td><td>-</td></tr><tr><td>Micropipeta de 10 a 100 &mu; L</td><td>Marca de pescador</td><td>FBE00100</td><td>-</td></tr><tr><td>Micropipeta 100 a 1000 &mu; L</td><td>Marca de pescador</td><td>FBE01000</td><td>-</td></tr><tr><td>Micropipeta de 5 a 50 &mu; L</td><td>Marca de pescador</td><td>FBE00050</td><td>-</td></tr><tr><td>Medio de crecimiento de células endoteliales microvasculares (500 ml)</td><td>Sigma - Aldrich</td><td>111-500</td><td>-</td></tr><tr><td>Filtros de jeringa estériles Nalgene</td><td>Thermo Scientific</td><td>725-2520</td><td>-</td></tr><tr><td>Microscopio fluorescente Nikon Eclipse TS-100</td><td>Nikon</td><td>NI-TS100</td><td></td></tr><tr><td>Solución salina tamponada con fosfato (DPBS, 10X), fórmula de Dulbecco</td><td>Thermo Scientific</td><td>J61917. K3</td><td>-</td></tr><tr><td>Prusament PLA Prusa Galaxy Negro 1kg</td><td>Prusa</td><td>PRM-PLA-GLX-1000</td><td>-</td></tr><tr><td>Microscopio híbrido Rebel, vertical e invertido, Discover Echo</td><td>ECO</td><td>76376-746</td><td>-</td></tr><tr><td>Sellador de silicona</td><td>Loctite</td><td>908570</td><td>-</td></tr><tr><td>SolidWorks</td><td>Dassault Systèmes</td><td>N/A</td><td></td></tr><tr><td>Pipetas serológicas desechables de poliestireno estéril con franja de lupa (10 ml)</td><td>Marca de pescador</td><td>13-678-11E</td><td>-</td></tr><tr><td>Pipetas serológicas desechables de poliestireno estéril con franja de lupa (25 ml)</td><td>Marca de pescador</td><td>13-678-11</td><td>-</td></tr><tr><td>Pipetas serológicas desechables de poliestireno estéril con franja de lupa (50 ml)</td><td>Marca de pescador</td><td>13-678-11F</td><td>-</td></tr><tr><td>Pipetas serológicas desechables de poliestireno estéril con franja de lupa (5 ml)</td><td>Marca de pescador</td><td>13-678-11D</td><td>-</td></tr><tr><td>Estreptavidina, Alexa Fluor 488 Conjugado</td><td>Invitrogen</td><td>S32354</td><td></td></tr><tr><td>Estreptavidina, Alexa Fluor 488 Conjugado</td><td>Invitrogen</td><td>S32354</td><td>-</td></tr><tr><td>Depósito de jeringas</td><td>BD</td><td>300865</td><td></td></tr><tr><td>Thermo Scientific Alfa Aesar 1LT Albúmina, bovino, fracción V, 35 % de sol, grado reactivo, libre de ácidos grasos, con azida como conservante</td><td>Thermo Scientific</td><td>N12H004</td><td>-</td></tr><tr><td>Conectores de tubería</td><td>Marca de pescador</td><td>01-000-161</td><td>-</td></tr><tr><td>VECTASHIELD Medio de montaje antidecoloración con DAPI</td><td>Vectashield</td><td>H-1200-10</td><td>-</td></tr><tr><td>Incubadora VWR con camisa de agua CO2</td><td>Avantar&nbsp;</td><td>10810-744&nbsp;</td><td>-</td></tr><tr><td>Anticuerpo biotinilado WGA</td><td>Vector</td><td>B-1025</td><td>-</td></tr></tbody></table>

modelado del glicocálix endotelial después de la neumonectomía en un chip fluídico 3d: un enfoque para fabricar un sistema de órgano en chip basado en el sistema vascular

Modeling the Endothelial Glycocalyx Post-Pneumonectomy in a 3D Fluidic Chip - An Approach to Fabricating a Vascular-based Organ-on-Chip System

Los resultados del estudio de estado estacionario de flujo laminar de simulación de fluidos mostraron un aumento en el esfuerzo cortante en ciertas bifurcaciones en los modelos de neumonectomía en comparación con el modelo de control, que se muestra en la Figura 11. Visualizadas en el paso 2.8 del protocolo, las áreas rojas denotan áreas de alto esfuerzo cortante, mientras que las áreas azules muestran áreas de bajo esfuerzo cortante.
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Modelado del glicocálix endotelial después de la neumonectomía en un chip fluídico 3D: un enfoque para fabricar un sistema de órgano en chip basado en el sistema vascular

Endothelial glycocalyx (GCX), a carbohydrate-rich layer coating the luminal surface of endothelial cells, plays a pivotal role in regulating cellular ...

modeling-endothelial-glycocalyx-post-pneumonectomy-3d-fluidic-chip-an

Research

Investigación

JoVE Journal

Bioengineering

Bioingeniería

Cámaras de flujo de microfluidos grabadas por fotolitografía y fabricada a partir de PDMS se aplican para investigar los resultados funcionales asociados con la disfunción CE y la inflamación. En un experimento representativo, la capacidad de esfuerzo cortante diferencial para modular la adhesión celular monocítica a citoquina activado monocapas CE se demuestra.

On-Chip fenotipificación inflamatoria endotelial

Una plataforma de micro-canales-on-a-chip fue desarrollado por la combinación de la técnica de fotolitografía reflowable fotosensible, litografía blanda, y microfluidos. La plataforma de microcanales endotelizado imita la geometría tridimensional (3D) de microvasos in vivo, se ejecuta bajo flujo de perfusión continua controlada, permite la formación de imágenes de alta calidad y en tiempo real y se puede aplicar para la investigación microvascular.

Procedimiento para el Desarrollo de la Multi-profundidad Circular transversal endotelizado microcanales-on-a-chip

Este protocolo describe la implementación de la degradación de hidrogel basada en láser guiada por imágenes para fabricar redes microfluídicas biomiméticas derivadas de vasculares incrustadas en hidrogeles de diacrilato de poli(etilenglicol) (PEGDA). Estos sistemas microfluídicos biomiméticos pueden ser útiles para aplicaciones de ingeniería de tejidos, generación de modelos de enfermedades in vitro y fabricación de dispositivos avanzados "en un chip".

Guiada por imagen, fabricación basada en láser de Redes de microfluidos derivados-vascular

Aquí, presentamos un protocolo que describe la fabricación de elástico, doble canal, órgano chip microfluídico célula cultura dispositivos Recapitulando a nivel órgano funcionalidad in vitro.

Fabricación escalable de elástico, doble canal, Chips microfluídicos órgano

El objetivo de este protocolo es bioimprimir directamente las células epiteliales mamarias como esferoides multicelulares en redes endoteliales preformadas para crear rápidamente modelos de co-cultivo endotelial mamario 3D que pueden ser utilizados para estudios de detección de fármacos.

Bioimpresión directa de esferoides multicelulares de mama 3D en redes endoteliales

Aquí, proporcionamos un chip microfluídico y un sistema microfluídico de circulación automáticamente controlado y altamente eficiente que recapitula el microambiente inicial de neovascularización, permitiendo que las células endoteliales (ECs) sean estimuladas por un alto estrés esquilar luminal, nivel fisiológico de flujo transendotelial y diversa distribución del factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF) simultáneamente.

Modelo microfluídico para imitar el evento inicial de neovascularización

Aquí, presentamos un protocolo para generar un modelo tridimensional de piel simplificado e indiferenciado utilizando una plataforma microfluídica micromecanizado. Un enfoque de flujo paralelo permite la deposición in situ de un compartimento dérmico para la siembra de células epiteliales en la parte superior, todo controlado por bombas de jeringa.

Generación de un modelo tridimensional simplificado de piel en un chip en una plataforma microfluídica micromecanizado

El objetivo de este protocolo es explicar y demostrar el desarrollo de un modelo microfluídico tridimensional (3D) de tejido cardíaco humano altamente alineado, compuesto por cardiomiocitos derivados de células madre co-cultivados con fibroblastos cardíacos (CF) dentro de un hidrogel biomimético a base de colágeno, para aplicaciones en ingeniería de tejido cardíaco, detección de fármacos y modelado de enfermedades.

Desarrollo de tejido cardíaco humano organizado en 3D dentro de una plataforma microfluídica

El presente protocolo describe las capacidades y las modalidades esenciales de cultivo del Open-Top Organ-Chip para el establecimiento exitoso y la maduración de cultivos de órgano en chip de espesor completo de tejidos primarios (piel, alvéolo, vías respiratorias e intestino), brindando la oportunidad de investigar diferentes aspectos funcionales de la interfaz epitelial/mesenquimal y nicho vascular humana in vitro.

Reconstitución de la citoarquitectura y la función de los tejidos epiteliales humanos en un chip de órgano abierto

Los modelos de pulmón en chip superan a los cultivos 2D tradicionales al imitar la interfaz aire-líquido y la perfusión de células endoteliales, simulando el flujo sanguíneo y el intercambio de nutrientes cruciales para los estudios de fisiología pulmonar. Esto aumenta la relevancia de la investigación pulmonar, ya que ofrece un entorno dinámico y fisiológicamente preciso para avanzar en la comprensión y el tratamiento de las infecciones respiratorias.

Modelo de alvéolo en chip inmunocompetente para el estudio de las respuestas inmunitarias de la mucosa alveolar

Presentamos un protocolo para la producción de alto rendimiento de canales vasculares con tamaños flexibles y patrones deseados en una placa estándar de seis pocillos utilizando tecnología de bioimpresión 3D, conocida como vasos en una placa (VOP). Esta plataforma tiene el potencial de avanzar en el desarrollo de terapias para los trastornos asociados con el endotelio comprometido.

Método de bioimpresión de alto rendimiento para modelar la permeabilidad vascular en placas estándar de seis pocillos con flexibilidad de tamaño y patrón

Aprende a construir un sistema de órgano en chip para modelar el glicocálix endotelial tras neumonectomía. Este método biomimético mejora los modelos vasculares in vitro para investigar enfermedades.

Modelado del glicocálix endotelial después de la neumonectomía en un chip fluídico 3D: un enfoque para fabricar un sistema de órgano en chip basado en el sistema vascular (Video) | JoVE Journal

Modelado del glicocálix endotelial después de la neumonectomía en un chip fluídico 3D: un enfoque para fabricar un sistema de órgano en chip basado en el sistema vascular

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