Modello murino di sindrome da distress respiratorio acuto indotto da acido oleico

Ashbaugh et ^al.1, nel 1967, descrissero per la prima volta la sindrome da distress respiratorio acuto (ARDS) e da allora sono stati sottoposti a molteplici revisioni. Secondo la definizione di Berlino, l’ARDS è un’infiammazione polmonare che porta a un’insufficienza respiratoria acuta e all’ipossiemia (PaO 2 / FiO 2 > 300 mm Hg) a causa di uno squilibrio nel rapporto ventilazione/perfusione, danno alveolare bilaterale diffuso (DAD) e infiltrato, aumento del peso polmonare ed edema ^2,3. Il parenchima polmonare è un ambiente cellulare complesso composto da cellule epiteliali, endoteliali e di altro tipo. Queste cellule formano barriere e strutture responsabili dello scambio gassoso e dell’omeostasi negli alveoli³. Le cellule più abbondanti all’interno della barriera epiteliale sono le cellule alveolari di tipo I (AT1) con una superficie più ampia per lo scambio gassoso e la gestione dei fluidi attraverso Na/K-ATPasi. Inoltre, le cellule alveolari di tipo II (AT2) producono tensioattivo, riducendo la tensione superficiale negli alveoli⁴. Al di sotto, le cellule endoteliali formano una barriera semipermeabile che separa la circolazione polmonare dall’interstizio. Le sue funzioni includono il rilevamento degli stimoli, il coordinamento delle risposte infiammatorie e la trasmigrazione cellulare⁵. Le cellule endoteliali regolano anche lo scambio gassoso, il tono vascolare e la coagulazione⁵. Pertanto, i disturbi della funzione endoteliale ed epiteliale possono esacerbare un fenotipo proinfiammatorio, causando danni polmonari che portano all’ARDS⁵.

Lo sviluppo dell’ARDS è associato al rischio di polmonite batterica e virale o a fattori indiretti come sepsi non polmonare, traumi, trasfusioni di sangue e pancreatite⁶. Queste condizioni causano il rilascio di pattern molecolari associati a patogeni (PAMP) e pattern molecolari associati al danno (DAMPs), inducendo citochine e chemochine proinfiammatorie come TNF-α, IL-1β, IL-6 e IL-8⁵. Il TNF-α è legato alla degradazione della caderina vascolare-endoteliale (VE-caderina) nella rottura della barriera endoteliale e nell’infiltrazione dei leucociti nel parenchima polmonare. I neutrofili sono le prime cellule a migrare, attratte da IL-8 e LTB₄ ^5,7,8. I neutrofili aumentano ulteriormente le citochine proinfiammatorie, le specie reattive dell’ossigeno (ROS)⁹ e la formazione di trappole extracellulari per neutrofili (NET) generando un danno endoteliale ed epiteliale extra¹⁰. Il danno epiteliale provoca l’infiammazione e l’attivazione dei recettori Toll-like nelle cellule AT2 e nei macrofagi residenti, inducendo il rilascio di chemochine che attirano le cellule infiammatorie nei polmoni⁴. Inoltre, la produzione di citochine come l’interferone-β (INF_β) provoca recettori che inducono l’apoptosi correlati al TNF (TRAIL), portando le cellule ATII all’apoptosi, compromettendo la chiarezza del fluido e degli ioni⁴. La rottura della struttura della barriera endoteliale ed epiteliale consente l’afflusso di liquidi, proteine, globuli rossi e leucociti nello spazio alveolare, causando edema. Con l’edema stabilitosi, lo sforzo polmonare per mantenere la respirazione e lo scambio di gas è alterato¹¹. L’ipercapnia e l’ipossiemia inducono la morte cellulare e disturbi del trasporto del sodio, aggravando l’edema alveolare a causa della scarsa capacità di clearance¹⁰. L’ARDS ha anche livelli elevati di IL-17A, associati a disfunzione d’organo, aumento della percentuale di neutrofili alveolari e permeabilità alveolare⁹.

Negli ultimi anni sono stati compiuti progressi nella ricerca sulla fisiopatologia, l’epidemiologia e il trattamento dell’ARDS^12,13. Tuttavia, l’ARDS è una sindrome eterogenea, nonostante i progressi della ricerca terapeutica che hanno portato alla ventilazione meccanica e all’ottimizzazione della fluidoterapia. Pertanto, è ancora necessario un trattamento farmacologico diretto più efficace¹⁰ e gli studi sugli animali possono aiutare a svelare i meccanismi dell’ARDS e gli obiettivi per l’intervento.

Gli attuali modelli di ARDS non sono in grado di replicare completamente la patologia. Pertanto, i ricercatori spesso scelgono il modello che potrebbe adattarsi meglio ai loro interessi. Ad esempio, il modello di induzione dei lipopolisaccaridi (LPS) induce ARDS per shock endotossico innescato principalmente da TLR4¹⁴. L’induzione dell’HCl imita l’aspirazione acida e il danno è neutrofilo-dipendente¹⁴. D’altra parte, l’attuale modello di oleato di sodio induce danni endoteliali che aumentano la permeabilità vascolare e l’edema. Inoltre, l’utilizzo dell’oleato di sodio al posto dell’acido oleico in forma liquida evita i rischi di embolia e l’alterazione del pH¹⁵ del sangue.

Modelli di animali per ARDS
Gli studi preclinici in modelli animali aiutano a comprendere la patologia e sono essenziali per la ricerca di nuovi trattamenti per l’ARDS. Il modello animale ideale deve avere caratteristiche simili alla situazione clinica e una buona riproducibilità dei meccanismi della malattia con caratteristiche fisiopatologiche rilevanti di ogni stadio, evoluzione e riparazione^{della malattia 14}. Diversi modelli animali sono utilizzati per valutare il danno polmonare acuto nell’ARDS in fase preclinica. Tuttavia, poiché tutti i modelli hanno dei limiti, non riproducono completamente la patologia umana 6,14,16. L’ARDS indotta dall’acido oleico è utilizzata in diverse specie animali¹⁷. I suini¹⁸, gli ovini¹⁹ e i cani²⁰ sottoposti a iniezione di OA presentano numerose caratteristiche cliniche della malattia con disfunzione della membrana alveolare-capillare e aumento della permeabilità con l’infiltrazione di proteine e cellule.

Ad esempio, l’OA a 1,25 μM iniettato per via endovenosa ha bloccato il trasporto transepiteliale portando all’edema alveolare¹⁵. In alternativa, nel modello in vitro che utilizzava cellule A549, l’OA a una concentrazione di 10 μM non ha modificato il canale epiteliale del sodio (eNAC) o l’espressione di Na/K-ATPasi. Tuttavia, l’OA sembra associarsi a entrambi i canali, inibendo direttamente la loro attivitಹ. L’iniezione endovenosa di OA a 0,1 ml/kg ha causato congestione e gonfiore del tessuto polmonare, riduzione degli spazi alveolari con setti alveolari ispessiti e aumento della conta infiammatoria e dei globuli rossi²². Inoltre, l’OA ha indotto l’apoptosi e la necrosi nelle cellule endoteliali ed epiteliali del polmone¹⁵. L’iniezione di una soluzione di tris-oleato, per via intratracheale nei topi, ha migliorato l’infiltrazione dei neutrofili e l’edema già 6 ore dopo la stimolazione²³. L’iniezione di OA a 24 ore ha aumentato i livelli di citochine proinfiammatorie (cioè TNF-α, IL-6 e IL-1β)²³. Inoltre, l’iniezione endovenosa (plesso orbitale) di 10 μM di un tris-oleato inibisce l’attività polmonare Na/K-ATPasi, simile all’ouabaina a ^10-3 μM, un inibitore enzimatico selettivo. Inoltre, l’OA induce infiammazione con infiltrazione cellulare, formazione di corpi lipidici e produzione di leucotriene B4 (LTB₄) e prostaglandina E2 (PGE₂)^22,24. Pertanto, l’ARDS indotta dall’acido oleico genera edema, emorragia, infiltrazione di neutrofili, aumento dell’attività della mieloperossidasi (MPO) e ROS²⁴. Pertanto, la somministrazione di OA è un modello consolidato per il danno polmonare^22,25. Tutti i risultati presentati in questo articolo che hanno OA rappresentano la forma del sale, oleato di sodio.