Cellular responses to intermittent hypoxiaa lab-on-a-chip approach

Resumen

El síndrome de apneas-hipopneas del sueño (SAHS) es una enfermedad crónica preva/ente que afecta entre el 6 - 13% de la población general[!]. Está caracterizado por periodos de colapso total (apnea) o parcial (hipopnea) de la vía aérea superior que se producen de manera repetida durante el sueño[2]. Estos episodios respiratorios habitualmente se acompañan de desaturaciones de oxígeno arterial, provocando hipoxla Intermitente (HI) a nlvel sistémico y tisular, activación del sistema nervioso simpático, aumentos de la presión lntratoráclca negativa y fragmentación del sueño[3]. Estos cambios fisiológicos están asociados a la aparición de diversas complicaclones cardlovasculares, neurocogr¡ltivas y metabóllcas[4]. De forma más reciente, se ha descrito una posible relación entre el SAHS y un Incremento en la incidencia, mortalidad y agresividad del cáncer basada tanto en estudios epidemiológicos como en modelos animales[S]. La existencia de diversos factores de confusión, como pueden ser diferencias en la edad, sexo, o peso de los pacientes, ha dificultado el establecimiento de una clara asociación entre el SAHS y la aparición o empeoramiento de ciertas patologías. Por esta razón, los estudios realizados en modelos animales del SAHS permiten aportar evidencias más sólidas sobre esta relación, ya que la mayoría de estas variables pueden ser controladas de manera relativamente sencilla. Los hallazgos obtenidos señalan al estrés oxidativo e inflamación generados en respuesta a la HI y a la fragmentación del sueño como principales responsables del desarrollo de patologías asociadas así como del empeoramiento de las preexistentes, especialmente las que afectan al sistema c;ardiovascular[6]. No obstante, las múltiples interacciones entre diversos elementos y vías de señalización presentes en organismos complejos dificultan la identificación de los mecanismos moleculares implicados. Por este motivo, el uso de modelos in vitro que permitan generar HI de alta frecuencia característica del SAHS podría contribuir a mejorar la comprensión de las consecuencias de esta enfermedad a nivel molecular, celular y tisular, aportando así nueva información que ayude a comprender las manifestaciones clínicas observadas e incluso en la propuesta de determinadas terapias en base a los hallazgos encontrados. Por su parte, la mayoría de los sistemas in vitro utilizados hasta la fecha son incapaces de reproducir la HI de alta frecuencia simulando el SAHS, debido principalmente a limitaciones experimentales relacionadas con la lenta difusión del oxígeno a través del medio de cultivo[?]. De hecho, la frecuencia y amplitud de los patrones de HI aplicados en la literatura han venido impuestos por las propias limitaciones de cada sistema, pudiendo ser responsables en parte de la variabilidad de resultados existente. Aunque varios modelos han conseguido solventar este problema, éstos presentan otras limitaciones que dificultan su implementación[B,9] y por consiguiente, el diseño de nuevos dispositivos resulta fundamental para lievar a cabo estudios in vitro que contribuyan a responder cuestiones que permanecen sin resolver hasta la fecha. El primer objetivo de esta tesis consistió en diseñar e implementar un nuevo sistema in vitro que permitiese someter células en cultivo a cambios rápidos en la presión parcial de oxígeno y/o deformación cíclica. Dicho sistema está basado en un chip de polidimetilsiloxano (PDMS) que consta de dos cámaras separadas por una delgada membrana de PDMS altamente permeable a los gases. Las células son cultivadas en una de las dos cámaras (denominada como cámara de cultivo), sobre la membrana de PDMS recubierta con proteínas de la matriz extracelular. Variaciones en la mezcla de ases a frecuencias amplitudes que simulen la HI observada en el SAHS se a lican