Pulmão-em-chip ganha o seu próprio sistema imunitário

Num chip transparente de polímero, suave e maleável como uma goma, um minúsculo pulmão ganha vida: expande-se, circula e, pela primeira vez, protege-se como um órgão vivo.

Efeito "uau" inundou o laboratório... aconteceu algo incrível

Para Ankur Singh, diretor do Center for Immunoengineering do Georgia Tech, ver as células imunitárias a atravessar o chip foi um momento arrebatador.

Singh co-dirigiu o estudo com o seu colaborador de longa data, Krishnendu “Krish” Roy, antigo professor emérito da Georgia Tech e agora diretor da Escola de Engenharia e Professor Distinto na Universidade Vanderbilt.

Foi o momento ‘uau. Foi a primeira vez que sentimos que tínhamos algo próximo de um pulmão humano real.

Recorda o investigador Ankur Singh.

Um chip que imita a vida real

Os lung-on-a-chip (tradução direta Pulmão-em-chip) oferecem aos investigadores uma janela para o comportamento dos órgãos. Têm o tamanho de um selo, gravados com canais microscópicos e revestidos com células humanas vivas. A inovação de Roy e Singh foi acrescentar um sistema imunitário funcional, a peça em falta para transformar o chip num verdadeiro modelo de como o pulmão combate doenças.

Agora, é possível observar como os pulmões respondem a ameaças, como a inflamação se espalha e como se inicia a recuperação.

Para milhões de pessoas que sofrem de doenças respiratórias, a vida quotidiana pode ser um enorme desafio, seja subir escadas, carregar sacos de compras ou até rir demasiado. Durante décadas, médicos e cientistas tentaram desvendar o que realmente acontece dentro de pulmões frágeis.

Este modelo único de pulmão-em-chip abre novas vias de descoberta pré-clínica que permitirão compreender melhor as respostas imunitárias a infeções virais graves e avaliar tratamentos antivirais críticos.

Explica Roy.

Ankur Singh e Rachel Ringquist mostram o pulmão em chip microscópico que possui um sistema imunológico integrado.

Para Singh, professor na George W. Woodruff School of Mechanical Engineering, com ligação ao departamento de bioengenharia, esta investigação é também pessoal: perdeu um tio quando uma infeção ultrapassou o sistema imunitário fragilizado pelo cancro.

Esta experiência fica connosco. Fez-me querer construir sistemas que prevejam e evitem resultados assim, para que menos famílias passem pelo que a minha passou. Penso no meu tio constantemente. Se este trabalho ajudar a salvar vidas, já valeu tudo.

Disse Singh.

A motivação levou a equipa a repensar o que um pulmão-em-chip poderia alcançar, preparando o caminho para avanços que se seguiram.

O grande teste com o vírus da gripe

O ponto de viragem aconteceu quando a equipa de Roy e Singh observou algo inédito ao microscópio: sangue e células imunitárias a circular em estruturas semelhantes a vasos, a comportarem-se exatamente como num pulmão vivo.

Durante anos, os investigadores lutaram para adicionar imunidade aos sistemas organ-on-a-chip. As células imunitárias morriam rapidamente ou não interagiam com o tecido como nos humanos. A equipa resolveu esse problema, criando um chip onde as células sobrevivem e coordenam defesas.

O verdadeiro teste veio com a introdução de uma infeção severa de vírus da gripe. O pulmão ativou uma resposta imunitária que espelhava de perto o que os médicos observam em pacientes: as células correram para o local infetado, a inflamação espalhou-se e os mecanismos de defesa entraram em ação.

Foi quando percebemos que isto não era apenas um modelo. Estava a captar a biologia real da doença.

Disse Singh.

A investigação, publicada na revista Nature Biomedical Engineering, marca um passo importante para substituir modelos animais.

Cinco ratos numa caixa podem reagir da mesma forma, mas cinco humanos não. O nosso chip consegue refletir essa diferença. Isso torna-o mais preciso e reduz drasticamente a necessidade de testes em animais.

Explicou o investigador

Roy sublinha o seu potencial:

A visão estratégica da FDA em reduzir a experimentação animal e desenvolver modelos preditivos não animais está totalmente alinhada com o nosso trabalho. Este dispositivo vai mais longe do que nunca no estudo da gripe humana severa e na compreensão das complexas respostas imunitárias do pulmão.

Para além da gripe: novas doenças no alvo

O que começou com a gripe pode agora alargar-se a outras doenças: asma, fibrose quística, cancro do pulmão e tuberculose. Os investigadores trabalham também para integrar órgãos imunitários, mostrando como o pulmão coordena defesas com o resto do corpo.

A visão de longo prazo é a medicina personalizada: chips criados a partir de células do próprio paciente, para prever qual a terapia mais eficaz. Apesar de a validação clínica e a aprovação regulatória poderem demorar anos, Singh mantém-se determinado.

Imaginem saber qual o tratamento que vai resultar antes mesmo de o iniciar. É para aí que caminhamos.

Projeta Singh.

Nesta visão de futuro, a medicina não espera pela doença. Antecipando-a, interceta-a e reescreve o desfecho.

A pesquisa de Singh e Roy foi publicada na revista Nature Biomedical Engineering.