科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣

據(jù)《科學(xué)進(jìn)展》雜志1日?qǐng)?bào)道，英國(guó)弗朗西斯·克里克研究所與瑞士生物技術(shù)公司AlveoliX聯(lián)合團(tuán)隊(duì)，開(kāi)發(fā)出首個(gè)基因一致的人源“肺芯片”模型。該芯片利用來(lái)自同一名供體的干細(xì)胞，可模擬個(gè)體肺泡的呼吸動(dòng)作和感染反應(yīng)，為結(jié)核病等呼吸道疾病的個(gè)性化治療提供了新工具。

肺泡是肺部進(jìn)行氣體交換的關(guān)鍵部位，同時(shí)也是抵御吸入性病毒和細(xì)菌的重要屏障。長(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家一直試圖在實(shí)驗(yàn)室重現(xiàn)人體細(xì)胞與病原體之間的“交鋒”，方法之一便是構(gòu)建肺芯片，即在塑料芯片上集成微小通道和隔室，形成微縮的人體肺組織單元。然而，以往的肺芯片多由患者來(lái)源細(xì)胞與商業(yè)化細(xì)胞混合構(gòu)成，難以完全再現(xiàn)單一個(gè)體的肺功能和疾病進(jìn)程。

基于實(shí)驗(yàn)室此前的技術(shù)流程，團(tuán)隊(duì)利用人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞分化獲得Ⅰ型和Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞及血管內(nèi)皮細(xì)胞，并將其分別生長(zhǎng)在AlveoliX制造的超薄膜上下兩側(cè)，重建肺泡屏障結(jié)構(gòu)。

為了進(jìn)一步模擬真實(shí)的人體肺部環(huán)境，AlveoliX還設(shè)計(jì)了專用裝置，對(duì)芯片施加節(jié)律性三維拉伸力，模擬呼吸動(dòng)作，促進(jìn)肺泡上皮細(xì)胞微絨毛形成。

隨后，團(tuán)隊(duì)將由同一供體干細(xì)胞分化的巨噬細(xì)胞加入芯片，再引入結(jié)核分枝桿菌，模擬疾病早期過(guò)程。結(jié)果顯示，感染后的芯片內(nèi)形成大規(guī)模巨噬細(xì)胞簇，中心出現(xiàn)“壞死核心”，即死亡的巨噬細(xì)胞，外圍環(huán)繞著仍存活的細(xì)胞。感染5天后，上皮和內(nèi)皮細(xì)胞屏障坍塌，肺泡功能受損，生動(dòng)再現(xiàn)了感染早期的病理特征。

結(jié)核病從感染到出現(xiàn)癥狀往往需要數(shù)月，早期變化難以觀察。新芯片成功模擬感染初期的肺部反應(yīng)，為理解疾病進(jìn)展提供了完整圖景。

“肺芯片”雖不是全新概念，但這一次，科學(xué)家們實(shí)現(xiàn)了“基因一致性”和“功能完整性”，首創(chuàng)出個(gè)高度個(gè)性化的微生理模型。它為攻克慢性、復(fù)雜性疾病提供了一個(gè)“觀察艙”，能真實(shí)模擬特定個(gè)體對(duì)病原體的早期反應(yīng)，這是未來(lái)精準(zhǔn)醫(yī)療和個(gè)性化醫(yī)療的重要基礎(chǔ)。再者，它也可能顛覆傳統(tǒng)藥物研發(fā)模式——通過(guò)在芯片上直接測(cè)試藥物有效性與毒性，減少了對(duì)動(dòng)物模型的依賴，可加速候選藥物篩選，并提高成功率。