Didascalia della foto: cellule epiteliali delle vie aeree umane dopo la crescita e la differenziazione all’interno di una via aerea realizzata con tessuto AirGel. Verde: muco; arancione: cilia; rosa: actina; blu: nuclei. Credit: Tamara Rossy (EPFL) I biofilm sono comunità di batteri altamente resistenti che rappresentano un problema importante nel trattamento delle infezioni. Mentre la formazione dei biofilm è stata ampiamente studiata in laboratorio, il loro sviluppo nel complesso ambiente del tratto respiratorio umano rimane difficile da comprendere.
Un team di ricercatori guidato da Alexandre Persat dell’EPFL ha risolto il problema sviluppando degli organoidi chiamati AirGels. Gli organoidi sono tessuti 3D miniaturizzati e auto-organizzati che vengono coltivati da cellule staminali per imitare i tessuti e gli organi del corpo umano. Rappresentano un cambiamento di paradigma nel settore, consentendo agli scienziati di riprodurre e studiare gli ambienti complessi degli organi in laboratorio.
Sviluppati da Tamara Rossy e dai suoi colleghi, gli AirGels sono modelli bioingegnerizzati di tessuto polmonare umano che aprono nuove possibilità nella ricerca sulle infezioni. Essi stanno rivoluzionando la ricerca in questo campo riproducendo fedelmente le proprietà fisiologiche del rivestimento delle vie respiratorie, in particolare la secrezione di muco e il battito ciliare. Grazie a questa tecnologia, gli scienziati possono studiare le infezioni del tratto respiratorio in modo più realistico e completo, colmando il divario tra gli studi in vitro e le osservazioni cliniche.
Questo studio ha molto da dire, ma l’ingegneria degli organoidi per la ricerca sulle infezioni ha un enorme potenziale. È rivoluzionario.In questo studio pubblicato sulla rivista PLoS Biology, i ricercatori hanno utilizzato gli AirGel per studiare il ruolo del muco nel processo di formazione dei biofilm da parte di Pseudomonas aeruginosa, un batterio patogeno generalmente resistente agli antibiotici. Contaminando gli AirGel con P. aeruginosa e studiandoli al microscopio ad alta risoluzione, hanno potuto osservare i batteri formare biofilm in tempo reale.
Alexandre Persat, EPFL
Le loro osservazioni hanno rivelato che P. aeruginosa induce attivamente la contrazione del muco del suo ospite utilizzando filamenti retrattili chiamati pili di tipo IV (T4P). I filamenti T4P generano le forze necessarie per contrarre il muco delle vie respiratorie, consentendo alle cellule di P. aeruginosa di aggregarsi e formare un biofilm. I ricercatori hanno convalidato i loro risultati utilizzando simulazioni di tracciamento ed esperimenti biofisici su mutanti selezionati di P. aeruginosa.
Questo studio dimostra che il modello organoide AirGel può fornire informazioni uniche sulle interazioni meccaniche tra i batteri e il loro ambiente ospite. Ha scoperto un meccanismo finora sconosciuto che contribuisce alla formazione di biofilm nel tratto respiratorio.
La progettazione di organoidi che riproducono fedelmente l’ambiente mucosale apre nuove vie di esplorazione, consentendo ai ricercatori di scoprire aspetti poco noti delle infezioni, di studiare l’influenza di altri fattori fisiologici, come la temperatura, l’umidità, i farmaci e i fattori di stress chimico, sullo sviluppo e sulla progressione dell’infezione e di sviluppare trattamenti mirati per i patogeni resistenti.altri fattori fisiologici, come la temperatura, l’umidità, i farmaci e i fattori di stress chimico, sullo sviluppo e sulla progressione dell’infezione e per sviluppare trattamenti mirati per i patogeni resistenti agli antibiotici.
Altri collaboratori
- Istituto di bioingegneria dell’EPFL
- Università Cornell
Tamara Rossy, Tania Distler, Lucas A. Meirelles, Joern Pezoldt, Jaemin Kim, Lorenzo Talà, Nikolaos Bouklas, Bart Deplancke, Alexandre Persat. Pseudomonas aeruginosa contrae il muco per formare biofilm in vie aeree umane ingegnerizzate. PLoS Biology 1 agosto 2023. DOI: 10.1371/journal.pbio.3002209
