Un modelo pulmonar miniaturizado que recreó ataques de asma en un laboratorio podría revolucionar el tratamiento

Durante décadas, la comprensión de los mecanismos detrás del asma se vio limitada por la dificultad de replicar el entorno exacto de un pulmón humano en laboratorio. El asma es una de las principales enfermedades no transmisibles del mundo y la enfermedad crónica más frecuente en niños: solo en 2023, afectó a 363 millones de personas y provocó 442.000 muertes, según la Organización Mundial de la Salud (OMS). La mayoría de estos fallecimientos ocurre en países de ingresos bajos y medios, debido al subdiagnóstico y la falta de acceso a tratamientos adecuados.

La caracterización precisa de cómo las células pulmonares reaccionan a desencadenantes ambientales, alérgenos o medicaciones ha requerido hasta ahora modelos animales o cultivos celulares que, en muchos casos, no reflejan fielmente lo que ocurre en el organismo humano.

Este vacío de conocimiento ha obstaculizado tanto la búsqueda de nuevos fármacos como la identificación de marcadores biológicos clave para predecir la gravedad o el desarrollo de la enfermedad. Por esta razón, la comunidad científica ha buscado desde hace años un modelo experimental que logre reproducir con precisión el microambiente pulmonar humano.

Un avance relevante en este camino fue dado por un equipo de investigadores de la Universidad de Pensilvania, que logró desarrollar un modelo pulmón-en-un-chip para estudiar el asma. El desarrollo y los hallazgos principales fueron publicados en la revista Nature Biomedical Engineering, donde se describe cómo esta innovadora plataforma puede simular la fisiología humana y ofrecer datos imposibles de obtener con métodos tradicionales.

Un modelo miniaturizado que simula el pulmón humano

El dispositivo, desarrollado por ingenieros y científicos de la Universidad de Pensilvania, reproduce en una pequeña superficie de polímero el funcionamiento de las vías respiratorias humanas, con distintos tipos de células organizadas y expuestas a movimientos y estímulos similares a los del tejido pulmonar real.

“La tecnología ‘lung-on-a-chip’ permite modelar la interacción dinámica entre células epiteliales, células inmunitarias y agentes ambientales en una estructura tridimensional”, explicaron en el comunicado de prensa difundido por la Universidad de Pensilvania.

Este avance representa un salto respecto a las técnicas convencionales porque posibilita “observar en tiempo real cómo se desencadenan las respuestas asmáticas ante estímulos concretos, como alérgenos o contaminantes”, destacaron los investigadores en el comunicado. Además, se remarcó la capacidad de ajustar variables específicas para cada experimento, lo que “acerca las condiciones del chip a las de pacientes reales”, indicaron.

“Nuestro enfoque permite no solo simular la respiración y la exposición a patógenos, sino también analizar los primeros eventos celulares y moleculares que ocurren durante una crisis asmática”, señaló Dan Huh, profesor asociado de bioingeniería en la Universidad de Pensilvania y uno de los autores del trabajo, según el comunicado.

Descubrimientos sobre las respuestas asmáticas

La plataforma permitió observar detalles desconocidos de la inflamación asmática y precisó lo que ocurre en las primeras etapas de una crisis. “El chip demostró que la exposición a alérgenos desencadena una cascada de señales inflamatorias y una liberación coordinada de citoquinas, similar a lo que se observa en pacientes durante ataques asmáticos”, indicaron los investigadores en el comunicado. En palabras del equipo: “Pudimos cuantificar la migración de células inmunitarias y observar alteraciones funcionales del epitelio respiratorio, algo muy difícil de lograr sin un modelo humano realista”.

Según se detalla en el estudio, “el dispositivo reveló patrones de inflamación y daño epitelial que no habían sido registrados previamente en modelos animales o experimentos in vitro convencionales”. Además, la plataforma posibilitó comparar la eficacia de diferentes moléculas antiinflamatorias bajo condiciones idénticas. “Nuestra aproximación contribuye a predecir con mayor exactitud los resultados clínicos y acelerar el desarrollo de terapias innovadoras contra el asma”, señalan los autores en el artículo científico.

El equipo remarca que este tipo de modelo “aporta una plataforma versátil para personalizar terapias y estudiar variantes genéticas asociadas al asma humano”, destacó Dan Huh, según el comunicado. Además, los investigadores anticipan que la tecnología podría aplicarse próximamente al estudio de otras enfermedades pulmonares crónicas, como la EPOC o la fibrosis, y facilitar el diseño de estrategias de prevención ante nuevos contaminantes ambientales.