科技日報記者 張佳欣
據《科學進展》雜志1日報道，英國弗朗西斯·克里克研究所與瑞士生物技術公司AlveoliX聯合團隊，開發出首個基因一致的人源“肺芯片”模型。該芯片利用來自同一名供體的干細胞，可模擬個體肺泡的呼吸動作和感染反應，為結核病等呼吸道疾病的個性化治療提供了新工具。
肺泡是肺部進行氣體交換的關鍵部位，同時也是抵御吸入性病毒和細菌的重要屏障。長期以來，科學家一直試圖在實驗室重現人體細胞與病原體之間的“交鋒”，方法之一便是構建肺芯片，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源細胞與商業化細胞混合構成，難以完全再現單一個體的肺功能和疾病進程。
基于實驗室此前的技術流程，團隊利用人誘導多能干細胞分化獲得Ⅰ型和Ⅱ型肺泡上皮細胞及血管內皮細胞，并將其分別生長在AlveoliX制造的超薄膜上下兩側，重建肺泡屏障結構。
為了進一步模擬真實的人體肺部環境，AlveoliX還設計了專用裝置，對芯片施加節律性三維拉伸力，模擬呼吸動作，促進肺泡上皮細胞微絨毛形成。
隨后，團隊將由同一供體干細胞分化的巨噬細胞加入芯片，再引入結核分枝桿菌，模擬疾病早期過程。結果顯示，感染后的芯片內形成大規模巨噬細胞簇，中心出現“壞死核心”，即死亡的巨噬細胞，外圍環繞著仍存活的細胞。感染5天后，上皮和內皮細胞屏障坍塌，肺泡功能受損，生動再現了感染早期的病理特征。
結核病從感染到出現癥狀往往需要數月，早期變化難以觀察。新芯片成功模擬感染初期的肺部反應，為理解疾病進展提供了完整圖景。
“肺芯片”雖不是全新概念，但這一次，科學家們實現了“基因一致性”和“功能完整性”，首創出個高度個性化的微生理模型。它為攻克慢性、復雜性疾病提供了一個“觀察艙”，能真實模擬特定個體對病原體的早期反應，這是未來精準醫療和個性化醫療的重要基礎。再者，它也可能顛覆傳統藥物研發模式——通過在芯片上直接測試藥物有效性與毒性，減少了對動物模型的依賴，可加速候選藥物篩選，并提高成功率。
