3D“芯片肺”模型开发，用于测试COVID-19和其他肺部疾病的新疗法

在全球范围内，肺衰竭是导致死亡的主要原因之一。许多疾病可影响和损害肺部，包括哮喘、慢性阻塞性肺病、流感、肺炎以及最近的COVID-19。为了更好地理解呼吸系统疾病并更快地开发新药，布里格姆妇女医院的研究人员设计了一个3D“肺芯片”模型，其中包括远端肺和肺泡结构，即当你呼吸时吸入氧气的微小气囊。通过这项创新，研究人员正在积极研究COVID-19病毒颗粒如何通过呼吸道和影响肺细胞。值得注意的是，这项技术使科学家能够调查瑞德西韦等各种COVID-19疗法如何影响病毒的复制。他们的研究结果发表在美国国家科学院院刊。

“我们相信这是一个真正的创新，”布里格姆医学院和医学部工程生物工程师Y. Shrike Zhang博士说。“这是首个人类下肺体外模型，可用于测试许多生物机制和治疗剂，包括用于COVID-19研究的抗病毒药物。”

了解和开发COVID-19治疗方法是必要的人体临床试验，这是一项时间和资源密集型工作。有了更好的实验室模型，比如肺芯片，研究人员可能能够更快地评估药物，并帮助选择最有可能在临床试验中成功的候选药物。

Zhang和他的同事开发了这项技术来反映人类远端肺的生物学特性。以前的模型都是基于扁平的表面，通常是用塑料材料制成的，这些材料不包含肺泡的曲率，而且比人体组织要硬得多。研究人员用更能代表人类肺泡组织的材料创造了这种新模型并进行了刺激细胞生长在这些3D空间中。

在测试该模型的有效性时，研究人员发现，3D肺泡肺在数天内有效地培养了细胞，并且这些细胞充分地分布在气道表面。通过基因组测序，科学家们观察到肺泡肺模型比以前的2D模型更接近人类的远端肺。此外，芯片上的肺模型成功地刺激了人类以正常频率呼吸空气。

除了COVID-19, Zhang的研究团队还打算利用这项技术研究多种肺部疾病，包括各种肺癌。为了复制吸烟对肺部的影响，科学家让烟雾渗入模型的气室，然后模拟呼吸事件，使烟雾更深地进入肺部。在那里，他们测量了烟雾的影响和它造成的电池损坏。

张说，虽然这一创新有可能极大地扩大研究和治疗肺部疾病的可能性，但该模型仍处于早期阶段。目前，芯片上的肺泡肺只包含42种细胞类型中的两种肺。未来，研究人员希望在模型中加入更多的细胞类型，使其更具有人类肺部的临床代表性。

展望未来，Zhang还希望研究COVID-19变异病毒如何通过呼吸道传播，并影响肺细胞和COVID-19治疗。他认为使用这个模型与其他3D器官，如肠道一起，可以让研究人员研究口服药物的影响细胞在肺下部。张还希望，在未来，这项技术可以被应用于紧急了解和开发治疗新出现的传染病。

“就COVID-19而言，我们开发治疗方法的时间非常有限。在未来，如果我们手头有这些模型，我们可以很容易地使用它们来研究和测试临床试验有限的紧急情况下的治疗方法，”张说。

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