Molecular mechanisms in the biogenesis of surface-active lung surfactant complexes

Resumen

La superficie respiratoria es estabilizada por un complejo lipoproteico denominado surfactante pulmonar. Su principal función es disminuir la tensión superficial de la interfase aire-líquido alveolar y, con ello, garantizar la eficiencia del intercambio gaseoso. El surfactante pulmonar es sintetizado por los neumocitos tipo II y almacenado en estructuras lipoproteicas multilamelares altamente deshidratadas y empaquetadas, los cuerpos lamelares, cuya organización es considerada un estado de alta energía que potencia su actividad funcional. El objetivo principal de esta tesis fue estudiar los determinantes estructurales que, en los complejos de surfactante pulmonar, mantienen el estado altamente deshidratado y empaquetado de un material prístino no sometido a dinámica respiratoria. El primer objetivo específico fue obtener complejos de surfactante recién secretado por los neumocitos tipo II mediante fraccionamiento de surfactante de lavado broncoalveolar porcino. La caracterización de las fracciones de este surfactante sugirió que el material aislado de los pulmones animales está constituido por diferentes complejos de membrana, con similar organización estructural y actividad funcional, pero esencialmente diferente a la esperada para un surfactante no sometido a dinámica respiratoria. En una segunda aproximación, se intentó obtener surfactante de líquido amniótico humano. El líquido amniótico procedente de gestaciones a término contiene surfactante pulmonar procedente del feto, que aún no ha sido expuesto a la dinámica respiratoria. A partir de este líquido amniótico se consiguieron purificar complejos de surfactante en un estado estructural compatible con el esperado para un material no sometido a dinámica respiratoria, lo que permitió realizar una caracterización detallada del mismo. El segundo objetivo fue la caracterización composicional, estructural y funcional de estos complejos de surfactante. Para ello, se evaluó su composición mediante lipidómica y electroforesis/western blot. Su estructura fue analizada utilizando técnicas de microscopía electrónica, fluorescencia, resonancia magnética nuclear, resonancia de spin electrónico, calorimetría diferencial de barrido, microscopía de fuerza atómica y dispersión de rayos X. Finalmente, la actividad de estos complejos se estudió utilizando balanzas de adsorción interfacial y un surfactómetro de burbuja cautiva, un prototipo que permite emular la mecánica respiratorio in vitro. Los resultados obtenidos sugirieron que el surfactante de líquido amniótico tiene mejores propiedades funcionales en términos de adsorción interfacial, en condiciones que simulan un contexto fisiológico o patológico. Además, estabiliza eficientemente las interfases aire-líquido en sistemas bio-miméticos que emulan la dinámica de los ciclos respiratorios. Los complejos de surfactante presentes en líquido amniótico mantenían el estado estructural del surfactante recién sintetizado y secretado: mayor grado de deshidratación y orden lipídico, coexistencia de fases lipídicas y presencia de fases no lamelares. Además, este material genera películas interfaciales caracterizadas por la presencia de estructuras altamente ordenadas y coexistencia de fases lipídicas. Sin embargo, el surfactante procedente de lavado broncoalveolar, y por lo tanto expuesto ya a dinámica respiratoria, presentó un patrón estructural diferente, tanto sus suspensiones acuosas (membranas más hidratadas, menor orden lipídico y sin estructuras no lamelares), como tras formar películas interfaciales (una única fase fluida mayoritaria y sin empaquetamiento cristalino). En conclusión, las diferencias observadas entre el surfactante pulmonar de líquido amniótico y el obtenido de lavado broncoalveolar sugieren una relación entre la organización estructural de estos complejos lipoproteicos y su actividad interfacial, y ponen de manifiesto la importancia de las relaciones estructura-función en el metabolismo del surfactante pulmonar.