Pulmonary surfactant-related factors in the pathogenesis and therapies of respiratory diseases

Resumen

Las enfermedades respiratorias son una de las principales causas de muerte, discapacidad y gasto sanitario en todo el mundo. En este contexto, la falta y disfunción del surfactante pulmonar puede ser el desencadenante principal o un factor contribuyente de trastornos respiratorios graves, como el síndrome de dificultad respiratoria neonatal (RDS) y el síndrome de dificultad respiratoria aguda (ARDS). Gracias a su composición, estructura y actividad interfacial, el surfactante pulmonar presenta una función vital durante el proceso de respiración reduciendo la tensión superficial del líquido alveolar y minimizando la energía necesaria especialmente durante la exhalación. Aproximadamente el 90% del surfactante pulmonar son lípidos, principalmente fosfolípidos disaturados (~ 50%). El 10% restante lo componen fundamentalmente proteínas, dos hidrofílicas (SP-A y SP-D) y otras dos altamente hidrofóbicas (SP-B y SP-C). Para lograr esta función vital, los complejos lipoproteícos del surfactante se distribuyen como una densa red de membranas en la interfase aire-líquido generada entre la capa acuosa que recubre el epitelio pulmonar y el espacio aéreo alveolar. El resultado es una eficiente adsorción, propagación y reorganización del material tensoactivo que previene el colapso alveolar. Dado que el surfactante pulmonar es esencial para el proceso respiratorio, explorar sus alteraciones durante ciertas patologías pulmonares puede optimizar las estrategias diagnósticas y terapéuticas, así como las intervenciones clínicas. En esta línea, el principal objetivo de esta Tesis es investigar los aspectos relacionados con el surfactante en la patogenia y terapia de varios trastornos respiratorios. El empleo de técnicas biofísicas, utilizando muestras de pacientes, puede permitir explorar el papel fisiológico de este complejo como indicador crucial de cambios en el medio alveolar en diferentes condiciones patológicas. En la presente Tesis se ha desarrollado un método de diagnóstico rápido y no invasivo para evaluar la calidad del surfactante en varias enfermedades pulmonares (SDR y SDRA debido a la aspiración de meconio), mejorando la sensibilidad de una técnica biofísica para estudiar su adsorción. Esto ha permitido estudiar surfactante obtenidos de diferentes fuentes (lavados broncoalveolares no broncoscópicos (nBAL) o líquidos amnióticos). Utilizando diferentes técnicas bioquímicas, moleculares y biofísicas, entre ellas el Surfactómetro de Burbuja Cautiva (CBS), que simula un alveolo durante la dinámica respiratoria, se han comprendido los principales mecanismos de inactivación temprana del surfactante durante una lesión pulmonar aguda pro-inflamatoria (SDRA neonatal debido a aspiración de meconio). El ensayo del surfactante aislado de los nBALs de niños asfixiados bajo hipotermia terapéutica de cuerpo entero, por medio de CBS y análisis lipidómica, han contribuido a proponer esta estrategia para reducir la disfunción del surfactante ante un daño pulmonar agudo. La elaboración de un modelo biofísico, ensayando mezclas lipídicas y surfactante porcino, ha permitido explicar el mecanismo molecular detrás de la mejora de las propiedades del surfactante bajo hipotermia terapéutica. Esto ha sido posible utilizando técnicas finas biofísicas, entre ellas el innovador dispositivo surfactómetro de gota restringida, que es el único método capaz de emular un alvéolo y estudiar simultáneamente el efecto de terapias exógenas durante la respiración. Finalmente, eso ha permitido explorar enfoques terapéuticos novedosos, combinando WBH y terapia de reemplazo con surfactante clínico. En resumen, en esta Tesis ha demostrado el papel crucial del surfactante pulmonar como un indicador fiable del entorno alveolar tanto en circunstancias fisiológicas como patológicas, introduciendo un nuevo concepto de investigación trasnacional en biofísica.