Resumen
Antecedentes
La ventilación mecánica en pacientes críticamente enfermos puede provocar potencialmente una lesión pulmonar inducida por el ventilador (VILI). Además, el estiramiento mecánico podría activar las vías de señalización profibróticas, lo que podría contribuir a la muerte celular programada y a la distribución periférica de la fibrosis observada en la fibrosis pulmonar idiopática (FPI). Con base en nuestros hallazgos anteriores, exploramos más a fondo si las nanopartículas de lipoaspirado (Lipo-NP) podrían ofrecer efectos protectores contra la fibrosis pulmonar asociada con VILI.
Métodos
Se seleccionaron ratones macho SPF C57BL/6 de 8 semanas de edad para intubación endotraqueal después de anestesia abdominal, ventilación mecánica de los ratones durante 4 h y el volumen tidal se fijó en 30 ml/kg. Las Lipo-NP se extrajeron e identificaron utilizando un sistema de filtración de flujo tangencial (TFF). Todos los ratones se dividieron en tres grupos: control, VILI y VILI + Lipo-NP. Las Lipo-NP se administraron a los ratones a través de la vena de la cola durante 7 días consecutivos y se administró un volumen equivalente de PBS a los grupos VILI. Los ratones fueron sacrificados 7 días después de la ventilación mecánica.
Resultados
Nuestros resultados sugirieron que las Lipo-NP podrían reducir el daño del tejido pulmonar, la inflamación pulmonar y la fibrosis de los ratones VILI, acompañados de una reducción en la secreción de citoquinas proinflamatorias factor de necrosis tumoral α (TNF-α) e interleucina-6 (IL-6), así como una disminución en los niveles del factor de crecimiento transformante β (TGF-β). Se realizó una secuenciación de ARN seguida de un análisis de la vía Ingenuity (IPA) para explorar aguas abajo de las Lipo-NP y se identificó la fibrosis pulmonar idiopática (FPI) como la vía potencial. Mediante el análisis combinado de microARN (miARN) enriquecidos con Lipo-NP, planteamos la hipótesis de que el linfoma de células B 2 (BCL-2) es un objetivo que media el efecto inhibidor de mmu-miR-143-3p sobre la FPI inducida por VILI. El análisis del tejido pulmonar de ratones que experimentaron VILI reveló niveles elevados de proteínas antiapoptóticas de la familia BCL-2 dentro de los fibroblastos que expresan actina del músculo liso α (α-SMA+). El tratamiento con Lipo-NP indujo apoptosis de fibroblastos, disminuyó el número de fibroblastos y redujo la fibrosis histológicamente evidente. El bloqueo de las Lipo-NP mmu-miR-143-3p in vivo mitiga los efectos beneficiosos de las Lipo-NP.
Conclusión
La intervención con Lipo-NP puede mejorar parcialmente la fibrosis pulmonar inducida por VILI. Es probable que este efecto se deba al enriquecimiento de miR-143 en Lipo-NP, que promueve la apoptosis de fibroblastos al atacar la proteína antiapoptótica BCL-2.
Resumen gráfico
Se extrajo tejido adiposo de ratones obesos y se sometió a TFF para obtener Lipo-NP. Luego, a los ratones VILI se les interfirió con Lipo-NP mediante inyección en la vena de la cola. El estudio reveló que mmu-miR-143 enriquecido en Lipo-NP promovió la apoptosis de los fibroblastos pulmonares al atacar la proteína antiapoptótica BCL-2, lo que en última instancia alivió la FPI en VILI.
Introducción
El concepto de lesión pulmonar inducida por ventilador (VILI) resalta el potencial de la ventilación mecánica para causar daño iatrogénico a los pulmones.1). Actualmente, el objetivo principal en el tratamiento del síndrome de dificultad respiratoria aguda (SDRA) es minimizar la lesión pulmonar secundaria inducida por los ventiladores, con el objetivo de reducir tanto la morbilidad como la mortalidad.2). Promover la reparación de lesiones pulmonares es una dirección de investigación crucial en el campo de las enfermedades respiratorias críticas (3, 4). Amplios estudios básicos y clínicos que abarcan casi dos décadas han demostrado que las alteraciones en los patrones de inflación tidal y la frecuencia de ventilación entre pacientes críticamente enfermos sometidos a ventilación mecánica pueden contribuir a la susceptibilidad de VILI (5). Los principales mecanismos de lesión asociados con VILI incluyen: barotrauma/lesión volumétrica resultante del estiramiento excesivo del tejido pulmonar; atelectrauma causado por la apertura y cierre repetitivos de los alvéolos, lo que provoca tensión de corte; y biotrauma, que es una respuesta biológica al daño tisular que puede provocar insuficiencia pulmonar y multiorgánica. La aparición de VILI puede observarse en ciertos pacientes a pesar de la implementación de una estrategia de ventilación convencional con protección pulmonar (6).
El uso de ventiladores y la aparición de VILI son factores importantes que contribuyen a la fibrosis pulmonar después del SDRA. Los modelos animales han demostrado desprendimiento alveolar y endurecimiento por colapso, lo que indica que la deformación mecánica del espacio alveolar desempeña un papel en el desarrollo de la fibrosis pulmonar idiopática (FPI). El estiramiento mecánico del espacio alveolar puede activar vías de señalización profibróticas en las células epiteliales alveolares (AEC) de tipo II, lo que conduce a la muerte celular programada y la distribución periférica de la fibrosis en la FPI.7). La hipoxia resultante de la deformación mecánica y el colapso exacerba aún más este daño e intensifica la respuesta profibrótica. La transducción mecánica puede inducir la progresión de la fibrosis a través de diversos mecanismos, como la alteración directa de la membrana celular, la alteración de la arquitectura del citoesqueleto y la activación de los canales iónicos.8). Cada una de estas acciones desencadena distintas vías de señalización que en última instancia resultan en la generación y liberación de citocinas y quimiocinas, estrés del retículo endoplasmático y transición epitelial-mesenquimatosa.9). Por lo tanto, el daño mecánico es inherente tanto al SDRA como a la fibrosis pulmonar, lo que potencialmente vincula estos dos procesos que promueven la remodelación fibrótica.10).
Las investigaciones han demostrado que la obesidad se asocia con mejores pronósticos para ciertas afecciones pulmonares en comparación con las personas con peso normal. Estas afecciones incluyen neumonía, lesión pulmonar aguda (ALI)/SDRA, VILI, enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC), FPI (11) y cáncer de pulmón. Los pacientes obesos exhiben tasas de mortalidad más bajas y resultados más favorables, un fenómeno conocido como la paradoja de la obesidad.12). Los ratones db/db (caracterizados por resistencia a la leptina) con ALI/SDRA mostraron una lesión pulmonar disminuida y tasas de supervivencia mejoradas en comparación con los ratones WT con ALI/SDRA (13). Este fenómeno puede atribuirse a niveles elevados del inhibidor del factor de crecimiento transformante β1 (TGF-β1), el receptor gamma activado por la proliferación de peroxisomas (PPAR-γ).14). En consecuencia, la explicación parcial de la paradoja de la obesidad observada en ALI/SDRA podría implicar la inhibición de la fibrosis pulmonar mediada por TGF-β1 asociada con la obesidad.
Nuestra extensa investigación previa ha demostrado que las vesículas extracelulares (EV) del tejido adiposo tienen efectos inhibidores sobre la barrera endotelial microvascular pulmonar y la respuesta inflamatoria en ratones con VILI, proporcionando algunos beneficios protectores (15). Específicamente, el miR-122-5p exosomal circulante derivado del tejido adiposo mejora la integridad de la barrera endotelial pulmonar al regular negativamente la vía del TGF-β, lo que ayuda a mitigar la transición endotelial a mesenquimatosa (EndMT) y el estrés oxidativo, previniendo así el SDRA (16). En particular, a diferencia de los vehículos eléctricos obtenidos del tejido adiposo, hemos aislado una sustancia conocida como nanopartículas de lipoaspirado (Lipo-NP) mediante filtración de flujo tangencial. Este método es más accesible, rentable, eficiente, ahorra tiempo y permite un almacenamiento más sencillo. Las lipo-NP derivadas del lipoaspirado ofrecen un procesamiento más rápido (horas frente a meses) y costos de producción más bajos que las ADSC-EV, ya que eliminan la necesidad de instalaciones de cultivo celular de grado clínico. Una de las ventajas de usar TFF para aislar Lipo-NP es su capacidad para procesar grandes volúmenes de muestra (>1 L), lo que permite una producción a gran escala, a diferencia de técnicas como la cromatografía de exclusión por tamaño (SEC), que están limitadas por capacidades de entrada más pequeñas (17,18,19). Además, TFF demuestra una consistencia superior entre lotes en comparación con los métodos tradicionales como la ultracentrifugación (20). Las lipo-NP exhiben propiedades protectoras y antiinflamatorias, particularmente al inhibir la liberación de citocinas inflamatorias mediada por el receptor tipo peaje 4 en los macrófagos. Cuando se cargan con guanabenzo, las Lipo-NP demuestran una mayor supresión de las vías inflamatorias, lo que indica su potencial como un enfoque terapéutico combinado para el tratamiento de trastornos inflamatorios.21, 22). Existen dos opciones de almacenamiento viables para Lipo-NP: (1) liofilización, que preserva la funcionalidad de los vehículos eléctricos (23, 24), o (2) almacenamiento a -80 ℃ (≤ 2 años), que ha demostrado mantener la estabilidad de EV/lipoproteína a pesar de ser menos conveniente clínicamente (25, 26).
Nuestros experimentos posteriores realizados tanto in vivo como in vitro confirmaron que las Lipo-NP pueden proteger la barrera endotelial microvascular pulmonar dentro de un modelo de ventilación mecánica al inhibir la vía de señalización TRPV4/ROCK1/pMLC2 mientras aumentan la expresión de VE-cadherina (27). Sobre la base de nuestros hallazgos anteriores, exploramos más a fondo si las Lipo-NP podrían ofrecer efectos protectores contra la fibrosis pulmonar asociada con VILI.
Materiales y métodos
Declaración ética
Todos los estudios que utilizaron animales fueron aprobados por el Comité de Uso y Cuidado de Animales de la Universidad Médica de Chongqing (No. IACUC-CQMU-2024–04062).
Modelo e intervención VILI murino.
Se anestesiaron ratones macho SPF C57BL/6, de 8 semanas de edad, destinados a la investigación sobre VILI, mediante una inyección intraperitoneal de pentobarbital sódico a una dosis de 50 mg/kg. Después de la anestesia, se intubaron sus tráqueas y se les colocó en un ventilador para animales pequeños (modelo ALCV8S; Shanghai Alcott Biotechnology Co., Ltd., Shanghai, China) durante 4 h, con un volumen corriente establecido en 30 ml/kg, una frecuencia respiratoria de 75 respiraciones por minuto y PEEP de 1 cm H2O. Refiriéndose a nuestra experiencia de estudio anterior, optamos por una concentración de intervención de 5 mg/kg para Lipo-NP (27). Luego, a los ratones se les administró Lipo-NP a través de la vena de la cola durante 7 días consecutivos. Al grupo VILI se le administró un volumen equivalente de solución salina tamponada con fosfato (PBS). Los ratones fueron sacrificados 7 días después de la ventilación mecánica.
Filtración de flujo tangencial (TFF)
Las Lipo-NP se purificaron con un KrosFlo Research 2i Tangential…
