Bengaluru: investigadores del Departamento de Bioingeniería (BE) del Instituto Indio de Ciencias (IISc) han diseñado una novela Cultivo de hidrogel 3D sistema que imita el entorno pulmonar de los mamíferos. Proporciona una poderosa plataforma para rastrear y estudiar cómo infectan las bacterias de la tuberculosis. células pulmonares y probar la eficacia de las terapias utilizadas para tratar la tuberculosis, dijo el IISc, con sede en Bengaluru, en un comunicado de prensa.
'Tuberculosis micobacteriana (Mtb)' es un patógeno peligroso. En 2022 afectó a 10,6 millones de personas y provocó 1,3 millones de muertes, según la OMS.
“Es un error muy antiguo y ha evolucionado bastante con nosotros”, afirma Rachit Agarwal, profesor asociado de BE y autor correspondiente del estudio publicado en “Advanced Healthcare Materials”. 'Mtb' infecta principalmente los pulmones.
Los modelos de cultivo actuales utilizados para estudiar la infección por 'Mtb' tienen varias limitaciones. Por lo general, son placas de cultivo que tienen una sola capa y no imitan con precisión el microambiente 3D dentro de los pulmones. Según el IISc, el microambiente experimentado por las células en dicho cultivo 2D es muy diferente de la matriz extracelular (ECM) real que rodea el tejido pulmonar.
“En una placa de cultivo de tejidos, no hay moléculas de ECM, e incluso si estas placas están recubiertas con una capa muy delgada de ECM, las células pulmonares 'ven' la ECM en el mejor de los casos”, explica Vishal Gupta, estudiante de doctorado en BE y primer autor.
Las placas de cultivo 2D también son extremadamente duras en comparación con los tejidos pulmonares blandos. “Estás ante una piedra frente a una almohada”, explica Agarwal.
Él y su equipo ahora han diseñado un novedoso cultivo de hidrogel 3D hecho de colágenouna molécula clave presente en la matriz extracelular de las células pulmonares. El colágeno es soluble en agua a un pH ligeramente ácido. A medida que aumenta el pH, el colágeno forma fibrillas que se entrecruzan para formar una estructura tridimensional similar a un gel.
En el momento de la gelificación, los investigadores agregaron macrófagos humanos, “células inmunes involucradas en la lucha contra las infecciones”, junto con “Mtb”. Esto atrapó tanto a los macrófagos como a las bacterias en el colágeno y permitió a los investigadores rastrear cómo las bacterias infectan a los macrófagos.
El equipo siguió cómo progresaba la infección durante 2 o 3 semanas. Lo sorprendente fue que las células de mamífero permanecieron viables durante tres semanas en el hidrogel. “Los cultivos actuales sólo pueden sostenerlas durante 4 a 7 días”, según el comunicado.
“Esto lo hace más atractivo porque 'Mtb' es un patógeno de crecimiento muy lento dentro del cuerpo”, dice Agarwal.
A continuación, los investigadores llevaron a cabo la secuenciación de ARN de las células pulmonares que crecieron en el hidrogel y descubrieron que eran más similares a las muestras humanas reales, en comparación con las de los sistemas de cultivo tradicionales.
El equipo también probó el efecto de pirazinamida – uno de los cuatro medicamentos más comunes que se administran a los pacientes con tuberculosis. Descubrieron que incluso una pequeña cantidad (10 g/ml) del fármaco era bastante eficaz para eliminar 'Mtb' en el cultivo de hidrogel.
Anteriormente, los científicos han tenido que utilizar grandes dosis del fármaco (mucho más altas en comparación con las concentraciones alcanzadas en los pacientes) para demostrar que es eficaz en cultivos de tejidos. “Nadie ha demostrado que este fármaco funcione en dosis clínicamente relevantes en ningún sistema de cultivo. Nuestra configuración refuerza el hecho de que el hidrogel 3D imita mejor la infección”, explica Agarwal.
Agarwal añade que ya han presentado una patente india para su cultura 3D, que las industrias pueden ampliar y utilizar para pruebas y descubrimientos de fármacos. “La idea era mantenerlo bastante simple para que otros investigadores pudieran replicarlo”, añade.
En el futuro, los investigadores planean imitar granulomas (grupos de glóbulos blancos infectados) en su cultivo de hidrogel 3D para explorar por qué algunas personas tienen tuberculosis latente, mientras que otras muestran síntomas agresivos.
Gupta dice que el equipo también está interesado en comprender el mecanismo de acción de la pirazinamida, lo que puede ayudar a descubrir nuevos fármacos que sean más o igual de eficaces.
