Cientistas cultivam minipulmões humanos como alternativa animal para testes de segurança de nanomateriais

Geração de organoides pulmonares multilinhagens a partir de células-tronco embrionárias humanas (hESCs). Crédito:Nano Hoje (2024). DOI:10.1016/j.nantod.2024.102254

Minipulmões humanos cultivados por cientistas da Universidade de Manchester podem imitar a resposta dos animais quando expostos a certos nanomateriais. O estudo foi publicado no Nano Today .

Embora não se espere que substituam completamente os modelos animais, os organoides humanos poderão em breve levar a reduções significativas no número de animais de pesquisa, argumenta a equipe liderada pela bióloga celular e nanotoxicologista Dra. Sandra Vranic.

Cultivados em uma placa a partir de células-tronco humanas, os organoides pulmonares são estruturas tridimensionais multicelulares que visam recriar características-chave dos tecidos humanos, como complexidade e arquitetura celular. São cada vez mais utilizados para compreender melhor várias doenças pulmonares, desde a fibrose cística ao cancro do pulmão, e doenças infecciosas, incluindo o SARS-CoV-2.

No entanto, a sua capacidade de capturar as respostas dos tecidos à exposição aos nanomateriais não foi demonstrada até agora. Para expor o modelo organoide a nanomateriais à base de carbono, o Dr. Rahaf Issa, cientista-chefe do grupo do Dr. Vranic, desenvolveu um método para dosar e microinjetar com precisão nanomateriais no lúmen do organoide. Ele simulou a exposição real do epitélio pulmonar apical, a camada mais externa de células que reveste as vias respiratórias dos pulmões.

Os dados existentes de pesquisas com animais mostraram que um tipo de nanotubos de carbono de paredes múltiplas, longos e rígidos (MWCNT), pode causar efeitos adversos nos pulmões, levando a inflamação persistente e fibrose – um tipo grave de cicatriz irreversível no pulmão.

Usando os mesmos parâmetros biológicos, os organoides pulmonares humanos da equipe mostraram uma resposta biológica semelhante, o que os valida como ferramentas para prever respostas impulsionadas por nanomateriais no tecido pulmonar. Os organoides humanos permitiram uma melhor compreensão das interações dos nanomateriais com o tecido modelo, mas no nível celular.

Resumo gráfico. Crédito:Nano Hoje (2024). DOI:10.1016/j.nantod.2024.102254

Descobriu-se que o óxido de grafeno (GO), uma forma plana, fina e flexível de nanomaterial de carbono, fica momentaneamente preso fora de perigo em uma substância produzida pelo sistema respiratório chamada mucina secretora. Em contraste, o MWCNT induziu uma interação mais persistente com as células alveolares, com secreção de mucina mais limitada e levando ao crescimento de tecido fibroso.

Em um desenvolvimento adicional, o Dr. Issa e Vranic, baseados no Centro de Nanotecnologia em Medicina da Universidade, estão agora desenvolvendo e estudando um organoide pulmonar humano inovador que também contém um componente integrado de células imunológicas.

Vranic disse:“Com validação adicional, exposição prolongada e a incorporação de um componente imunológico, os organoides pulmonares humanos poderiam reduzir bastante a necessidade de animais usados em pesquisas de nanotoxicologia.

“Desenvolvidos para encorajar a investigação humana com animais, os 3Rs de substituição, redução e refinamento estão agora incorporados na legislação do Reino Unido e em muitos outros países.

“As atitudes públicas mostram consistentemente que o apoio à investigação animal está condicionado à aplicação dos 3Rs.”

O professor Kostas Kostarelos, presidente de Nanomedicina da Universidade, disse:"Os atuais 'testes 2D' de nanomateriais usando modelos bidimensionais de cultura de células fornecem alguma compreensão dos efeitos celulares, mas eles são tão simplistas que podem representar apenas parcialmente a maneira complexa como as células se comunicam entre si Certamente não representa a complexidade do epitélio pulmonar humano e pode deturpar o potencial tóxico dos nanomateriais, para melhor ou para pior.

"Embora os animais ainda sejam necessários na investigação num futuro próximo, os organoides '3D' são, no entanto, uma perspectiva excitante no nosso campo de investigação e na investigação em geral como um equivalente humano e uma alternativa animal."

Mais informações: Rahaf Issa et al, Organoides funcionais do pulmão humano modelam a resposta do tecido pulmonar a partir de exposições a nanomateriais de carbono, Nano Today (2024). DOI:10.1016/j.nantod.2024.102254
Informações do diário: Nano Hoje

Fornecido pela Universidade de Manchester

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