Las enfermedades pulmonares abarcan una amplia variedad de trastornos que afectan al sistema respiratorio, a menudo caracterizadas por inflamación, intercambio de gases alterado, remodelación tisular y función pulmonar comprometida. Comprender los mecanismos celulares subyacentes a estas enfermedades es esencial para desarrollar terapias dirigidas. Las células pulmonares primarias, aisladas directamente del tejido pulmonar humano o derivadas de células madre pluripotentes, proporcionan modelos fisiológicamente relevantes que imitan de cerca el entorno pulmonar in vivo, ofreciendo información crucial sobre la patogénesis de la enfermedad y las respuestas terapéuticas.
Tipos de células pulmonares primarias y sus roles
El sistema respiratorio comprende diversos tipos celulares primarios, incluidos células epiteliales de las vías respiratorias (basales, caliciformes, ciliadas), células epiteliales alveolares (tipo I y II), fibroblastos pulmonares, células musculares lisas, células endoteliales y diversas células inmunitarias como los macrófagos alveolares e intersticiales. Las células basales de las vías respiratorias sirven como progenitoras clave para la regeneración del epitelio respiratorio y están implicadas en la patología de la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC), mostrando heterogeneidad molecular y perfiles de expresión génica alterados en estados patológicos. Las células epiteliales alveolares tipo II (AT2), responsables de la producción de surfactante y la reparación alveolar, pueden cultivarse como organoides que modelan la regeneración pulmonar y los procesos patológicos, incluida la fibrosis y las infecciones virales como SARS-CoV-2.
Los macrófagos en los pulmones, incluidos los macrófagos alveolares residentes (AMs) y los macrófagos intersticiales (IMs), son fundamentales para mantener la homeostasis pulmonar y mediar las respuestas inmunitarias. Estas células muestran una ontogenia, perfiles transcripcionales y funciones distintas, adaptándose dinámicamente durante la inflamación y la infección. Los AMs regulan el recambio de surfactante y defienden contra patógenos, pero pueden contribuir a la progresión de la enfermedad cuando están desregulados.
Avances en la modelización de enfermedades pulmonares utilizando células primarias
Los recientes avances en biología de células madre han permitido la generación de organoides pulmonares a partir de células madre pluripotentes humanas (PSCs), incluidas las células madre embrionarias (ESCs) y las células madre pluripotentes inducidas (iPSCs). Estos modelos organoidales 3D recapitulan el desarrollo y la arquitectura pulmonar, comprendiendo múltiples tipos de células epiteliales y mesenquimatosas, y sirven como plataformas poderosas para estudiar enfermedades pulmonares y realizar pruebas de fármacos. Los protocolos que implican la modulación secuencial de vías de señalización (por ejemplo, TGF-β, BMP, Wnt, FGF) guían la diferenciación de PSCs hacia precursores pulmonares y células epiteliales maduras, permitiendo la modelización de enfermedades como la fibrosis quística, la fibrosis pulmonar y enfermedades infecciosas.
Las células pulmonares primarias y los organoides facilitan la investigación de interacciones celulares, respuestas inmunitarias y mecanismos regenerativos bajo condiciones patológicas. Por ejemplo, la estimulación con citoquinas de organoides pulmonares ha esclarecido el papel de IL-1β en la diferenciación de células epiteliales alveolares y la fibrosis, destacando posibles objetivos terapéuticos. Además, las células basales primarias de las vías respiratorias de pacientes con EPOC revelan cambios en la expresión génica vinculados a respuestas al estrés y la hipoxia, lo que subraya su relevancia en la progresión de la enfermedad y la capacidad regenerativa.