具有纖維化肺組織特性的肺組織芯片系統(tǒng),為治療提供快速測試

肺纖維化是最常見也是最為嚴(yán)重的肺部疾病之一。據(jù)麥姆斯咨詢報道，美國國家生物醫(yī)學(xué)圖像及生物工程研究院（National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering, NIBIB）資助的研究人員開發(fā)了一種模擬肺纖維化的體外肺組織芯片系統(tǒng)，為潛在的新型抗纖維化治療提供快速測試。肺纖維化的特點是漸進的肺僵硬和瘢痕形成。據(jù)估計，美國有將近20萬人受此影響，全球受影響人數(shù)超過500萬。約有一半受影響的個體會在診斷后的5年內(nèi)死亡。肺纖維化的漸進型組織硬化也是心力衰竭、肝硬化和腎臟病的重要影響因素。肺纖維化中發(fā)生的肺瘢痕是不可逆的，因此也沒有可以完全阻止疾病進程的治療方法。目前，只有兩種藥物可以幫助緩解疾病進程，吡非尼酮（pirfenidone）和尼達尼布（nintedanib）。許多新的可能可以停止疾病進程，甚至扭轉(zhuǎn)疾病進程的候補療法都已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，由于該疾病在動物模型或人體臨床試驗中發(fā)展緩慢，因此藥物測試往往困難且昂貴。

為了解決上述問題，來自布法羅紐約州立大學(xué)（State University of New York at Buffalo）和加拿大多倫多大學(xué)（University of Toronto）的生物工程師團隊，開發(fā)出了一款具有纖維化肺組織特性的肺組織芯片系統(tǒng)。美國國家生物醫(yī)學(xué)圖像及生物工程研究院資助了這款獨特微組織系統(tǒng)的開發(fā)，并將其作為測試抗纖維化治療的平臺，該研究發(fā)表在《自然通訊》（Nature Communications）期刊上。

擁有多個微陣列的實驗室器皿。插圖：肺微組織陣列的細(xì)節(jié)，每個方塊的尺寸為1x1毫米研究人員使用微光刻技術(shù)打印微方塊陣列，并在每個單獨的正方形邊緣周圍放置和人的頭發(fā)差不多厚度的微柱。他們設(shè)計了一種培養(yǎng)肺泡組織的方式，肺中的小囊充滿空氣，使組織像蹦床一樣伸展到微柱上。微組織用乙型轉(zhuǎn)化生長因子（TGF-beta）處理，導(dǎo)致組織收縮變硬。上述步驟可以模仿病患肺泡組織變硬，并使微柱彎曲，這一過程可以在顯微鏡下被觀察到。最終生成肺纖維化的微組織模型。

在微柱上培養(yǎng)的肺組織（左）和經(jīng)過TGF-beta處理后收縮并模擬纖維化的肺組織（右）用吡非尼酮和尼達尼布治療后，微柱的纖維化彎曲得以緩和，證實了該系統(tǒng)是肺纖維化的可靠模型，其對藥物治療有反應(yīng)。布法羅紐約州立大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系助教，本研究的高級作者Ruogang Zhao博士表示，“我們希望我們的系統(tǒng)能夠加速肺纖維化治療從實驗室到診所的轉(zhuǎn)化，我們正在調(diào)整該系統(tǒng)以建立其它膜疾病病理學(xué)模型，如視網(wǎng)膜纖維化和與克羅恩?。–rohn's disease）相關(guān)的腸纖維化。”