综述：呼吸微生理系统在呼吸研究中的最新进展与未来展望

这篇综述系统阐述了呼吸微生理系统（MPS）在呼吸疾病研究中的突破性应用，重点介绍了肺类器官（lung organoids）和肺芯片（lung-on-a-chip）技术的构建方法及其在肺发育模拟、疾病建模（如COVID-19、肺癌）和药物筛选中的价值。文章强调MPS通过整合微流控和3D培养技术，克服了传统2D模型的局限性，为精准医学和药物开发提供了更接近人体生理的体外平台。

　　

引言

呼吸系统疾病是全球健康的主要威胁之一，从慢性阻塞性肺病（COPD）到肺癌，其发病机制复杂且缺乏有效的人体模型。传统2D细胞培养和动物模型难以模拟人类肺部微环境，而呼吸微生理系统（MPS）——包括肺类器官和肺芯片技术——通过3D结构和动态培养条件，为研究提供了革命性工具。

肺类器官及其应用

培养技术
肺类器官的构建依赖于多种3D培养方法：

• 悬滴法：细胞在气液界面自组装成球状结构（图1A）。
• 磁悬浮：通过磁性纳米颗粒实现细胞三维聚集（图1E）。
• 生物打印：精准定位细胞以模拟肺泡-血管屏障（图6D）。

类器官形成
从多能干细胞（PSCs）分化为肺前体细胞（LPCs）需经历内胚层诱导、肺芽形成等阶段，最终形成包含气道和肺泡结构的类器官（图2A-F）。患者来源的肺癌类器官（LCOs）保留原发肿瘤的基因组特征，成功率达79%（图3C），为个性化治疗提供模型。

疾病建模

• COVID-19：肺泡类器官感染SARS-CoV-2后，显示病毒快速复制和炎症反应（图5C）。
• 微塑料毒性：气道类器官暴露于微塑料纤维（MPFs）后，黏液分泌减少且纤维被细胞包裹（图5D）。

药物筛选
肺癌类器官用于测试靶向药物（如EGFR抑制剂厄洛替尼），其敏感性与其基因组突变一致（图5E）。

肺芯片微生理系统

单器官芯片

• 肺泡芯片：模拟呼吸力学和感染反应（图6A），如IL-2诱导的肺水肿中血管渗漏（图10C）。
• 气道芯片：研究哮喘中IL-13诱导的杯状细胞增生（图7A），或香烟烟雾（CS）引发的氧化应激（图10F）。

多器官芯片
集成肝、心、肺的芯片系统可模拟药物代谢毒性（图9A），如抗癌药卡培他滨的转化产物对心脏的损伤。

挑战与展望

当前MPS面临细胞异质性、机械仿生精度等挑战。未来需结合生物材料（如可拉伸胶原膜）和人工智能，推动多器官联动模型发展，最终实现从基础研究到临床转化的跨越。

（注：全文严格依据原文内容归纳，未添加虚构信息。）