Un estudio del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH) ha permitido constatar que el movimiento respiratorio altera de forma significativa la respuesta inmunitaria y antiviral frente al virus de la gripe
Marcos Yebra Fernández
Gacetamedica.com/7 septiembre 2026
El estudio del comportamiento de los patógenos respiratorios en laboratorios cuenta ahora con un recurso mucho más cercano a la realidad biológica. Un equipo de investigadores liderado por Sungjune Jung, del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH), ha desarrollado un pulmón artificial que respira capaz de reproducir con precisión el movimiento de los alvéolos humanos.
Este dispositivo, cuya investigación principal fue publicada en la revista científica Advanced Materials, ha permitido constatar que el movimiento respiratorio altera de forma significativa la respuesta inmunitaria y antiviral frente al virus de la gripe.
El papel crítico del movimiento pulmonar frente a la gripe (H1N1)
El pulmón humano realiza decenas de miles de movimientos diarios de expansión y contracción. Lejos de ser un mero mecanismo físico de intercambio de gases, esta fuerza biomecánica actúa como una señal reguladora esencial en la progresión de enfermedades infecciosas e inflamatorias.
Para evaluar la viabilidad de la plataforma en el campo de la virología, el equipo de investigación sustituyó la capa epitelial del modelo alveolar por células Calu-3, las cuales presentan una alta susceptibilidad a la infección por influenza A. El tejido fue infectado con el virus de la gripe H1N1 con una multiplicidad de infección (MOI) de 0,1.
Posteriormente, se administró el fármaco antiviral carboxilato de oseltamivir (100 µM) por vía basolateral durante un periodo de cuatro días bajo dos escenarios: cultivo estático convencional y cultivo dinámico con movimiento respiratorio.
Los resultados del ensayo revelaron datos reveladores para el sector sanitario. El tratamiento con oseltamivir redujo eficazmente la carga viral y protegió la integridad de las uniones celulares en ambas condiciones. Sin embargo, el análisis por PCR cuantitativa (qPCR) demostró que los tejidos sometidos a movimiento respiratorio mantuvieron niveles sistemáticamente más altos del genoma viral (M1) y de citoquinas proinflamatorias (IL1B, IL6 y TNF-α) en comparación con los controles estáticos.
Este hallazgo evidencia que la dinámica física de la respiración modula de forma directa la interacción entre el huésped y el virus de la influenza, así como la eficacia real de los fármacos antivirales, un factor que los modelos de laboratorio tradicionales no lograban identificar.
Superando las limitaciones del «pulmón en un chip» tradicional
Hasta la fecha, la investigación de patologías pulmonares e infecciones como la gripe dependía de cultivar células en superficies planas y estáticas, lo cual no representa el entorno dinámico del órgano real.
Aunque en los últimos años se ha extendido la tecnología de «pulmón en un chip» (lung-on-a-chip), la mayoría de estos dispositivos emplean materiales sintéticos como el polidimetilsiloxano (PDMS). El PDMS genera una deformación predominantemente lateral en lugar de la expansión tridimensional del alvéolo, y además tiende a absorber de forma inespecífica pequeñas moléculas de fármacos, limitando la fiabilidad de los ensayos farmacéuticos.
Por otra parte, los hidrogeles blandos, que imitan mucho mejor el tejido humano, presentaban el inconveniente de rasgarse con gran facilidad al intentar fabricar membranas extremadamente delgadas.
Física de fluidos: la inspiración en las burbujas de jabón
Para resolver este dilema de resistencia y grosor, el equipo de POSTECH recurrió a la física que gobierna la creación de las películas delgadas de las burbujas de jabón.
A través de la coautoría de los investigadores Yunji Lee y Gwang Myeong Kim, se diseñó una estrategia basada en la ley de Frankel. Al incorporar monómeros de acrilamida (AAm) en una solución de metacrilato de gelatina (GelMA), consiguieron reducir sistemáticamente la viscosidad y la tensión superficial del precursor líquido.
El proceso de fabricación consiste en retirar la membrana porosa de un inserto comercial de cultivo celular para dejar un marco abierto, el cual se sumerge y se retira verticalmente de la solución precursora a una velocidad controlada de 10 mm/s. Esto genera una película líquida suspendida muy fina que, tras ser expuesta a luz ultravioleta (UV), se polimeriza formando una membrana híbrida de hidrogel (GelMA-PAAm) ultradelgada, elástica y de alta durabilidad.
Esta membrana sirve de soporte para la bioimpresión tridimensional (3D) de un tejido alveolar de tres capas que simula con precisión la barrera pulmonar nativa: una capa de células endoteliales (vasculares) en la parte inferior, una membrana basal extracelular enriquecida con fibroblastos, una capa de células epiteliales en la cara superior expuesta al aire.
Un biorreactor de presión negativa que imita al diafragma
Para dotar de movimiento a este tejido biopreso, los científicos desarrollaron un sistema de actuación respiratoria acoplado a un biorreactor hermético. A diferencia de los estiramientos mecánicos artificiales de otros chips, este sistema replica el funcionamiento real del diafragma humano.
Al retirar aire de la cámara sellada mediante una bomba de jeringa bidireccional externa, se genera una caída de presión interna (presión negativa) que deforma la membrana hacia abajo de forma curva. Al retornar el aire, la membrana recupera su estado plano.
La plataforma permite configurar diferentes condiciones fisiológicas adaptando la frecuencia y la amplitud de la deformación, tales como estados de sueño (8% de deformación a 8 ciclos/min), reposo (12% de deformación a 12 ciclos/min) o ejercicio físico (20% de deformación a 20 ciclos/min). El dispositivo demostró una robustez estructural sobresaliente al operar de manera estable durante más de 240.000 respiraciones continuas a lo largo de 14 días de cultivo dinámico sin registrar roturas.
Implicaciones para la medicina y el desarrollo de fármacos
Este avance no solo permite comprender cómo influye el movimiento físico en infecciones virales como la gripe a nivel molecular, activando, por ejemplo, vías de mecanotransducción celular como la translocación nuclear de la proteína YAP dentro de las primeras 3 horas de estímulo mecánico, sino que también ofrece una alternativa viable para reducir la dependencia de los ensayos con animales.
Al ser un compartimento apical abierto y expuesto directamente al aire, posibilita realizar de forma sencilla ensayos con fármacos inhalados o exposición a contaminantes ambientales.
El profesor Sungjune Jung destacó la relevancia del avance al señalar que el dispositivo permite regular con total libertad la frecuencia y la profundidad de la respiración, haciendo viable la recreación tanto de un pulmón sano como de diversos estados patológicos en el laboratorio. “Este estudio cambiará el panorama del desarrollo de nuevos fármacos y de la investigación de enfermedades pulmonares”, concluyó.
Este proyecto científico ha contado con la financiación del Programa de Investigadores de Carrera Media de la Fundación Nacional de Investigación de Corea (NRF) y del Programa de Desarrollo de Tecnología Industrial Bio del Ministerio de Comercio, Industria y Energía de la República de Corea.
Marcos Yebra Fernández
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