据《科学进展》杂志1日报道，英国弗朗西斯·克里克研究所与瑞士生物技术公司AlveoliX联合团队，开发出首个基因一致的人源“肺芯片”模型。该芯片利用来自同一名供体的干细胞，可模拟个体肺泡的呼吸动作和感染反应，为结核病等呼吸道疾病的个性化治疗提供了新工具。
肺泡是肺部进行气体交换的关键部位，同时也是抵御吸入性病毒和细菌的重要屏障。长期以来，科学家一直试图在实验室重现人体细胞与病原体之间的“交锋”，方法之一便是构建肺芯片，即在塑料芯片上集成微小通道和隔室，形成微缩的人体肺组织单元。然而，以往的肺芯片多由患者来源细胞与商业化细胞混合构成，难以完全再现单一个体的肺功能和疾病进程。
基于实验室此前的技术流程，团队利用人诱导多能干细胞分化获得Ⅰ型和Ⅱ型肺泡上皮细胞及血管内皮细胞，并将其分别生长在AlveoliX制造的超薄膜上下两侧，重建肺泡屏障结构。
为了进一步模拟真实的人体肺部环境，AlveoliX还设计了专用装置，对芯片施加节律性三维拉伸力，模拟呼吸动作，促进肺泡上皮细胞微绒毛形成。
随后，团队将由同一供体干细胞分化的巨噬细胞加入芯片，再引入结核分枝杆菌，模拟疾病早期过程。结果显示，感染后的芯片内形成大规模巨噬细胞簇，中心出现“坏死核心”，即死亡的巨噬细胞，外围环绕着仍存活的细胞。感染5天后，上皮和内皮细胞屏障坍塌，肺泡功能受损，生动再现了感染早期的病理特征。
结核病从感染到出现症状往往需要数月，早期变化难以观察。新芯片成功模拟感染初期的肺部反应，为理解疾病进展提供了完整图景。
“肺芯片”虽不是全新概念，但这一次，科学家们实现了“基因一致性”和“功能完整性”，首创出个高度个性化的微生理模型。它为攻克慢性、复杂性疾病提供了一个“观察舱”，能真实模拟特定个体对病原体的早期反应，这是未来精准医疗和个性化医疗的重要基础。再者，它也可能颠覆传统药物研发模式——通过在芯片上直接测试药物有效性与毒性，减少了对动物模型的依赖，可加速候选药物筛选，并提高成功率。
|
