Un modelo de moco mejorado | The Scientist Magazine®

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METROEl moco es más que un simple moco pegajoso que sale de la nariz. Esta sustancia viscosa rica en proteínas se encuentra en muchos otros órganos, incluidos los pulmones y los intestinos, donde forma una capa protectora que atrapa a los patógenos y les impide penetrar en el órgano. El flujo de moco a través de la superficie del órgano, impulsado por los cilios, puede incluso ayudar a mover los microbios, transportándolos lejos de las estructuras críticas.

La consistencia viscosa y pegajosa de la mucosidad es esencial para sus funciones, y los cambios en las propiedades físicas de la mucosidad pueden contribuir a la aparición de enfermedades. Por ejemplo, en la fibrosis quística, la mucosidad pulmonar se vuelve más espesa y a las células les resulta más difícil empujarla a través de la superficie del órgano, lo que puede provocar neumonía, ya que la mucosidad cargada de patógenos se asienta en los pulmones.

Esto ha motivado a los investigadores a explorar el moco a través de la lente de la ciencia de los materiales y estudiar las propiedades físicas de la sustancia pegajosa, como su viscosidad, elasticidad y cómo fluye. Por lo general, los científicos raspan el moco del órgano, pero sacarlo de su entorno puede cambiar sus propiedades físicas, lo que lo hace más fácil de absorber. Más acuosoPor ejemplo.¹ “Si raspas esa mucosidad, alteras irremediablemente la viscoelasticidad”, dijo Gerald Fulleringeniero químico de la Universidad de Stanford. “El solo hecho de retirarlo para realizar la medición realmente frustra el propósito. No es una buena réplica de lo que realmente hay en las células”.

En una colaboración reciente, Fuller y Sarah Heilshornun científico de materiales de la Universidad de Stanford, diseñó un Sistema para medir las propiedades del moco. sin eliminarlo de las células que lo producen.² Los investigadores utilizaron el sistema, que simula parte de los intestinos, para estudiar el impacto de una molécula inmunitaria inducida por una infección en la viscoelasticidad del moco. Publicaron sus hallazgos en Bioingeniería APL.

El equipo de Heilshorn ideó un método para hacer crecer una capa de células intestinales de una sola célula de espesor para que el moco que producían se acumulara sobre las células. Esto hizo que el moco fuera fácilmente accesible para un reómetro de microhilos magnético que el laboratorio de Fuller había creado previamente.³ Utilizando una sonda de alambre fino colocada en la superficie de una sustancia, midieron propiedades físicas, como la viscoelasticidad, sin reubicar la sustancia.

“Tiene la desventaja de ser un sistema de cultivo, lo cual está a un paso de ser in vivo”, dijo. David colinaun investigador de moco de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill que no participó en el estudio. «Pero cuando se puede hacer una medición en un sistema menos perturbado, se abren muchas posibilidades para comprender [the mucus].”

Para medir las propiedades físicas del moco, los investigadores utilizaron un reómetro de microalambre magnético.

Maggie Braunreuther

Como habían planteado los investigadores, el moco en contacto con las células era diferente del moco extraído de su entorno original, volviéndose más blando después de su eliminación. Con este modelo, los investigadores tenían un entorno más realista para probar cómo cambia el moco en diferentes condiciones biológicas. Estaban especialmente interesados en explorar cómo los parásitos que han evolucionado para sobrevivir en los intestinos, como la lombriz intestinal, Nippostrongylus brasiliensispodría provocar una respuesta del huésped que altera la capa protectora de moco. Cuando estos gusanos parásitos invaden el tracto gastrointestinal, desencadenan una respuesta inmunitaria que incluye moléculas potentes como la interleucina 13 (IL-13). En estudios previos de células de las vías respiratorias en el asma, que también implica una respuesta de IL-13, otros investigadores habían descubierto que el moco se volvía más espeso y Hizo más difícil que las células ciliadas latieran.⁴

El equipo de la Universidad de Stanford planteó la hipótesis de que la IL-13 desencadenada por las infecciones por gusanos también podría afectar la consistencia de la mucosidad intestinal. Para comprobarlo, utilizaron su nuevo sistema para cultivar células intestinales del duodeno (la parte del intestino delgado que se conecta con el estómago) y trataron las células con IL-13.

Para su sorpresa, la IL-13 no afectó sustancialmente la viscoelasticidad del moco, a pesar de los cambios en los genes relacionados con el moco expresados en las células cultivadas. Los investigadores propusieron que la IL-13 podría requerir la presencia de otras moléculas inflamatorias para cambiar las cualidades físicas del moco.

Aunque no observaron ningún cambio, describir la respuesta realista del moco a la IL-13 no habría sido posible sin el nuevo sistema, dijo Fuller. Él cree que otros investigadores que estudian el moco también podrían beneficiarse de esta tecnología y, dado que los materiales son relativamente fáciles de adquirir, ha estado ayudando a otros laboratorios a configurar el sistema. Fuller también está trabajando en la extensión del sistema a las vías respiratorias para estudiar el moco en el asma y la fibrosis quística, mientras que Heilshorn lo está utilizando para estudiar la enfermedad de Crohn.

Hill dijo que el sistema también podría ayudar a los científicos a identificar nuevas formas de manipular la mucosidad, lo que posiblemente conduzca a soluciones para la mucosidad que es demasiado espesa o demasiado acuosa en ciertas enfermedades. [this system] “Como una forma de probar o evaluar compuestos terapéuticos”, dijo. “Eso puede ayudar a avanzar en el descubrimiento de medicamentos”.