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Em um avanço para a bioengenharia, os pesquisadores da EPFL desenvolveram organoides que podem modelar o trato respiratório humano. Os organoides, chamados AirGels, permitem que eles descubram o mecanismo pelo qual patógenos resistentes a antibióticos como Pseudomonas aeruginosa infectam o trato respiratório.
Os biofilmes são comunidades de bactérias altamente resistentes que representam um grande desafio no tratamento de infecções. Embora o estudo da formação de biofilmes em condições de laboratório tenha sido extensivamente conduzido, a compreensão de seu desenvolvimento no complexo ambiente do trato respiratório humano permaneceu indefinida.
Uma equipe de pesquisadores liderada por Alexandre Persat na EPFL já resolveu o problema ao desenvolver com sucesso organoides chamados AirGels. Os organoides são tecidos 3D em miniatura e auto-organizados, cultivados a partir de células-tronco para imitar tecidos e órgãos reais do corpo humano. Eles representam uma mudança de paradigma no campo, permitindo aos cientistas replicar e estudar os intrincados ambientes dos órgãos em laboratório.
Desenvolvido por Tamara Rossy e seus colegas, os AirGels são modelos de bioengenharia de tecido pulmonar humano que abrem novas possibilidades na pesquisa de infecções. Eles revolucionam a pesquisa de infecções ao emular com precisão as propriedades fisiológicas da mucosa das vias aéreas, incluindo secreção de muco e batimento ciliar. Essa tecnologia permite que os cientistas estudem as infecções das vias aéreas de maneira mais realista e abrangente, preenchendo a lacuna entre os estudos in vitro e as observações clínicas.
“Há muito a dizer sobre este estudo, mas a engenharia de organoides para pesquisa de infecção tem um tremendo potencial”, diz Persat. “É uma virada de jogo.”
No estudo, publicado na Biologia PLoSos pesquisadores usaram AirGels para investigar o papel do muco no processo de formação do biofilme por Pseudomonas aeruginosa, uma bactéria patogênica que é comumente resistente a antibióticos. Ao infectar os AirGels com P. aeruginosa e estudando-os em microscopia viva de alta resolução, conseguiram que a bactéria formasse biofilmes em tempo real.
Suas observações revelaram que P. aeruginosa induz ativamente a contração do muco de seu hospedeiro usando filamentos retráteis conhecidos como pili tipo IV (T4P). Os filamentos T4P geram as forças necessárias para contrair o muco das vias aéreas, o que permite P. aeruginosa células se agregam e formam um biofilme. Os pesquisadores validaram suas descobertas com simulações de acompanhamento e experimentos biofísicos em P. aeruginosa mutantes.
O estudo mostra que o modelo organoide AirGel pode fornecer informações únicas sobre as interações mecânicas entre as bactérias e os ambientes de seus hospedeiros, revelando neste caso um mecanismo previamente desconhecido que contribui para a formação de biofilme no trato respiratório.
Ser capaz de projetar organoides que replicam fielmente o ambiente mucoso abre novos caminhos de exploração, permitindo que os pesquisadores descubram aspectos negligenciados de infecções, investigando a influência de fatores fisiológicos adicionais, como temperatura, umidade, drogas e estressores químicos no desenvolvimento e progressão da infecção e desenvolver tratamentos direcionados contra patógenos resistentes a antibióticos.
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