Notícia com publicação científica
Nova tecnologia permite estudos sobre os danos pulmonares causados pela ventilação mecânica em nível celular
Tecnologia permite detecção de danos pulmonares em nível celular em tempo real
Shutterstock
20 de setembro de 2024, 08:12

Fonte

Emily Caldwell, Universidade Estadual de Ohio

Publicação Original

Universidade Estadual de Ohio

Áreas

Bioeletrônica, Bioengenharia, Biomateriais, Biomecânica, Biotecnologia, Engenharia Biológica, Engenharia Biomédica, Engenharia de Tecidos, Fisiologia, Medicina Intensiva, Pneumologia

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Resumo

Cientistas desenvolveram uma nova tecnologia que permite acessar diretamente diferentes tipos de lesões que a ventilação mecânica pode causar às células pulmonares.

Usando um modelo microfluídico de ventilador-em-um-chip, os pesquisadores identificaram a tensão de cisalhamento envolvida no colapso e reabertura dos alvéolos como o dano mais prejudicial aos pulmões.

Foco do Estudo

Desenvolver tecnologia microfluídica para identificar danos pulmonares em nível celular.

Estudo

A ventilação mecânica de pacientes em Unidades de Terapia Intensiva (UTIs) pode salvar vidas, mas também tem o custo de induzir forças significativas em pulmões debilitados, o que pode causar lesões pulmonares.

Danos em nível celular podem comprometer a barreira entre os alvéolos e os capilares que transportam sangue, o que pode afetar significativamente a eficácia das trocas gasosas.

Esse cenário explica a importância de acessar as mudanças em tempo real nas células que afetam a integridade dessa barreira.

Recentemente, pesquisadores da Universidade Estadual de Ohio, do Centro Médico Wexner da Universidade Estadual de Ohio e do Hospital ‘Shriners Children’s Ohio’ desenvolveram um novo modelo microfluídico de ‘ventilador-em-um-chip’ para acessar danos em nível celular nos pulmões, resultantes de ventilação mecânica.

Para isso, os pesquisadores usaram uma abordagem inovadora: o crescimento de células pulmonares humanas em uma membrana de nanofibra sintética que imita a complexa matriz pulmonar.

Segundo os cientistas, esta solução está mais próxima do microambiente pulmonar ventilado real do que qualquer microssistema semelhante desenvolvido até o momento.

O novo modelo in vitro do microambiente pulmonar (chamado ventilador-em-um chip) simula os diferentes tipos de forças geradas no pulmão durante a ventilação mecânica.

Usando medições de impedância elétrica transepitelial/endotelial, os pesquisadores investigaram como a aplicação individual e simultânea de forças mecânicas altera, em tempo real, a integridade da barreira entre os alvéolos e os vasos capilares que transportam sangue, durante e após a lesão.

O dispositivo mede os efeitos de três tipos de tensão mecânica na integridade da barreira alvéolos-capilares: estiramento das células pulmonares devido ao volume excessivo de ar inflado, aumento da pressão nas células pulmonares e colapso cíclico e reabertura dos alvéolos.

O estudo foi publicado recentemente na revista científica Lab on a Chip.

Este é um avanço importante que potencialmente permitirá uma melhor compreensão de como a lesão pulmonar se desenvolve em pacientes em ventilação mecânica e a identificação de alvos terapêuticos para que possamos administrar medicamentos para prevenir esse tipo de lesão ou tratá-la quando acontecer

Dr. Joshua Englert, professor de Pneumologia, de Cuidados Intensivos e do Sono no Centro Médico Wexner da Universidade Estadual de Ohio.

Resultados

Os experimentos mostraram que o alto volume de ar inflado e o colapso cíclico e a reabertura dos alvéolos levaram a vazamentos na barreira entre os alvéolos e os capilares, mas as células puderam se recuperar mais rapidamente do volume excessivo de ar inflado do que da abertura e fechamento repetitivos dos alvéolos.

No estudo com o novo microdispositivo, os pesquisadores descobriram que a tensão de cisalhamento do colapso e reabertura dos alvéolos pulmonares é o tipo de dano mais prejudicial causado pela ventilação mecânica.

A equipe espera que novos estudos possam ser realizados com o novo microdispositivo para ajudar na busca por terapias para tratar lesões pulmonares induzidas pela ventilação mecânica.

“Estamos nos estágios iniciais do desenvolvimento de alguns [novos] modelos [de doenças como pneumonia ou lesões traumáticas sofridas por pacientes de UTI], mergulhando um pouco mais fundo na complexidade da lesão pulmonar em pacientes de UTI. Este modelo [atual] é uma plataforma sobre a qual podemos construir [os novos modelos]”, concluiu o Dr. Joshua Englert, professor de Pneumologia, de Cuidados Intensivos e do Sono no Centro Médico Wexner da Universidade Estadual de Ohio.

Este modelo em miniatura de um ‘órgão em um chip’ simula não apenas lesões pulmonares durante a ventilação mecânica, mas também reparo e recuperação em células derivadas de humanos em tempo real

Dr. Samir Ghadiali, professor de Engenharia Biomédica na Universidade Estadual de Ohio.

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Autores/Pesquisadores Citados

Dr. Joshua Englert

Professor de Pneumologia, de Cuidados Intensivos e do Sono no Centro Médico Wexner da Universidade estadual de Ohio

Dr. Samir Ghadiali

Professor de Engenharia Biomédica na Universidade Estadual de Ohio

Publicação

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a revista científica Lab on a Chip (em inglês).

Mais Informações

Acesse a notícia completa na página da Universidade Estadual de Ohio (em inglês).

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