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

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 disfuncion del surfactante pulmonar puede ser el desencadenante principal o un factor contribuyente de trastornos respiratorios graves, como el sindrome de dificultad respiratoria neonatal (RDS) y el sindrome de dificultad respiratoria aguda (ARDS). Gracias a su composicion, estructura y actividad interfacial, el surfactante pulmonar presenta una funcion vital durante el proceso de respiracion reduciendo la tension superficial del liquido alveolar y minimizando la energia necesaria especialmente durante la exhalacion. Aproximadamente el 90% del surfactante pulmonar son lipidos, principalmente fosfolipidos disaturados (~ 50%). El 10% restante lo componen fundamentalmente proteinas, dos hidrofilicas (SP-A y SP-D) y otras dos altamente hidrofobicas (SP-B y SP-C). Para lograr esta funcion vital, los complejos lipoproteicos del surfactante se distribuyen como una densa red de membranas en la interfase aire-liquido generada entre la capa acuosa que recubre el epitelio pulmonar y el espacio aereo alveolar. El resultado es una eficiente adsorcion, propagacion y reorganizacion del material tensoactivo que previene el colapso alveolar. Dado que el surfactante pulmonar es esencial para el proceso respiratorio, explorar sus alteraciones durante ciertas patologias pulmonares puede optimizar las estrategias diagnosticas y terapeuticas, asi como las intervenciones clinicas. En esta linea, 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 tecnicas biofisicas, utilizando muestras de pacientes, puede permitir explorar el papel fisiologico de este complejo como indicador crucial de cambios en el medio alveolar en diferentes condiciones patologicas. En la presente Tesis se ha desarrollado un metodo de diagnostico rapido y no invasivo para evaluar la calidad del surfactante en varias enfermedades pulmonares (SDR y SDRA debido a la aspiracion de meconio), mejorando la sensibilidad de una tecnica biofisica para estudiar su adsorcion. Esto ha permitido estudiar surfactante obtenidos de diferentes fuentes (lavados broncoalveolares no broncoscopicos (nBAL) o liquidos amnioticos). Utilizando diferentes tecnicas bioquimicas, moleculares y biofisicas, entre ellas el Surfactometro de Burbuja Cautiva (CBS), que simula un alveolo durante la dinamica respiratoria, se han comprendido los principales mecanismos de inactivacion temprana del surfactante durante una lesion pulmonar aguda pro-inflamatoria (SDRA neonatal debido a aspiracion de meconio). El ensayo del surfactante aislado de los nBALs de ninos asfixiados bajo hipotermia terapeutica de cuerpo entero, por medio de CBS y analisis lipidomica, han contribuido a proponer esta estrategia para reducir la disfuncion del surfactante ante un dano pulmonar agudo. La elaboracion de un modelo biofisico, ensayando mezclas lipidicas y surfactante porcino, ha permitido explicar el mecanismo molecular detras de la mejora de las propiedades del surfactante bajo hipotermia terapeutica. Esto ha sido posible utilizando tecnicas finas biofisicas, entre ellas el innovador dispositivo surfactometro de gota restringida, que es el unico metodo capaz de emular un alveolo y estudiar simultaneamente el efecto de terapias exogenas durante la respiracion. Finalmente, eso ha permitido explorar enfoques terapeuticos novedosos, combinando WBH y terapia de reemplazo con surfactante clinico. En resumen, en esta Tesis ha demostrado el papel crucial del surfactante pulmonar como un indicador fiable del entorno alveolar tanto en circunstancias fisiologicas como patologicas, introduciendo un nuevo concepto de investigacion trasnacional en biofisica.