Sophisticated lung-on-chip created
【字体： 大 中 小 】 时间：2021年02月09日 来源：University of Bern
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研究人员已经开发出一种第二代肺芯片模型，该模型在纯生物材料制成的可拉伸膜中有真人大小的肺泡。这种新模型再现了以前的片上肺所没有的肺组织结构的关键方面。这为基础气象学研究、了解肺部病理、药物筛选和精确医学开辟了新的可能性。
伯尔尼大学ARTORG生物医学工程研究中心的一个专业实验室，由Olivier Guenat领导，已经开发了一种新一代的体外模型，称为芯片上器官（organs-on-chip），历时10多年，专注于肺部及其疾病的建模。在第一个成功的肺芯片系统展示了肺的基本特征之后，芯片上器官（OOC）技术实验室与德国亥姆霍兹感染研究中心以及Inselspital的胸外科和肺脏科合作，现已开发出纯生物的下一代芯片上肺。
一种完全可生物降解的真人大小的空气-血液屏障
Pauline Zamprogno为她在OOC的博士论文开发了这个新模型，她总结了它的特点：“新的芯片上的肺复制了一系列具有活体大小的肺泡。它是基于一层薄薄的、可伸缩的膜，由天然存在于肺中的分子组成：胶原蛋白和弹性蛋白。这种膜是稳定的，可以在两侧培养数周，是可生物降解的，而且它的弹性特性允许通过机械拉伸细胞来模拟呼吸运动。”
与第一代相比，第一代也是由奥利维尔·盖纳特的研究小组建造的，所开发的系统再现了肺细胞外基质（ECM）的关键方面：其组成（由ECM蛋白质组成的细胞支架）、结构（大小与体内发现的相似的肺泡阵列+纤维结构）及其特性（生物降解性，研究肺疾病（如IPF或COPD）时屏障重塑的一个关键方面。另外，与第一代片上肺组织制备的聚二甲基硅氧烷可拉伸多孔膜相比，该制备工艺简单且不太麻烦。
目前从接受肺切除的癌症患者身上获得待在新芯片上培养用于研究的具有广泛潜在临床应用前景的细胞在胸外科的头颈部。该部门负责人拉尔夫·施密德（Ralph Schmid）认为该系统具有双重优势：“第二代芯片肺可以植入健康或患病的肺泡细胞。这为临床医生提供了更好地了解肺的生理学和药物筛选的预测工具，也有可能提供精确的药物，确定最有可能帮助特定患者的特定疗法。”！--开始移动中间矩形--> “这种膜的应用非常广泛，从对肺功能和病理学的基础科学研究，到确定新的途径，再到更有效地发现潜在的新疗法，”Thomas Geiser说，欧洲工商管理学院肺脏学系主任兼欧洲工商管理学院格鲁佩分校教学和研究主任。 研究中动物模型的有力替代品 作为一个额外的优势，新的片上肺可以减少基于动物模型的肺脏学研究的需要。”奥利维尔·盖纳特解释说：“许多有希望的候选药物在啮齿类动物的临床前模型中成功试验，但在人类身上试验时却失败了，原因是物种之间和肺部疾病的表达存在差异。”这就是为什么从长远来看，我们的目标是减少动物试验，并为药物筛选提供更多与患者相关的系统，从而为特定患者量身定制模型（通过在芯片上植入器官自身的细胞）。“ 新的生物芯片上肺将由来自OOC技术组的Pauline Zamprogno和她的同事进一步开发在瑞士3R能力中心（3RCC）资助的研究项目框架内，模拟患有特发性肺纤维化（IPF）的肺，IPF是一种导致肺组织进行性瘢痕形成的慢性肺疾病。”我的新项目是开发一种基于生物膜的IPF芯片模型。到目前为止，我们已经建立了一个健康的空气-血液屏障。现在是时候用它来研究一个真正的生物学问题了，”Zamprogno说。 研究小组ARTORG中心的器官芯片技术，这个ARTORG生物医学工程研究中心的专门小组与肺脏内科和胸外科。该小组结合了工程学，特别是微流体和微制造技术、细胞生物学和组织工程方法、材料科学和医学。 他们首次开发的呼吸肺芯片是与初创公司AlevoliX合作进一步开发的，目的是彻底改变临床前研究。最近，该小组开发了一种完全生物化的第二代芯片肺，专注于重建肺的空气-血液屏障。第二个研究方向是开发功能性肺微血管。在这里，肺内皮细胞被植入一个微工程环境中，在那里它们自我组装形成一个直径只有几十微米的可灌注和可收缩微血管网络。 仅次于药物应用，芯片上的器官被视为有潜力被用于精密医学，以测试病人自己的细胞，以定制最佳的治疗。此外，这种系统在减少医学和生命科学研究中的动物试验方面具有巨大的潜力。OOC集团运营着“器官芯片”设施，提供来自伯尔尼大学的科学家，伯尔尼大学医院及其以外的基础设施和设备，用于生产微流控设备和芯片上的测试器官。 故事来源：
