中國科學院昆明動物研究所官方網(wǎng)站13日發(fā)布消息稱，中科院大連化學物理研究所秦建華研究員團隊與該所鄭永唐研究員團隊合作，利用器官芯片技術(shù)建立一種體外肺器官微生理系統(tǒng)，模擬新冠病毒感染人體導(dǎo)致的肺組織損傷和免疫反應(yīng)等，為新冠病毒致病機制研究和快速藥物評價等提供新策略和新技術(shù)。

新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)感染已導(dǎo)致全球大流行。肺臟是SARS-CoV-2感染的主要靶器官。目前新冠肺炎的臨床治療多以綜合治療為主，但仍缺乏特效藥物。盡管前期已有細胞和動物模型用于新冠病毒研究，但在一定程度上仍存在諸多局限?，F(xiàn)階段，仍缺少能夠在組織器官水平反映人體對新冠病毒感染響應(yīng)的研究模型，這也是嚴重制約當前新冠病毒藥物研發(fā)進程的瓶頸之一。

器官芯片是一種新興前沿交叉科學技術(shù)，它融合物理、化學、工程學和生物學等多學科方法，可在幾平方厘米大小的流控芯片上仿生構(gòu)建多種人體組織器官的微縮模型，用來反映人體器官的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)與生物功能。特別是，它有可能以前所未有的方式在體外再現(xiàn)人體對多種外界因素刺激的響應(yīng)，在生命科學研究、疾病研究和新藥研發(fā)等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用潛力。

在此項研究中，研究者首先利用器官芯片技術(shù)仿生構(gòu)建人體肺泡功能單元，并進一步開展新冠病毒感染實驗。研究者從人體肺組織復(fù)雜結(jié)構(gòu)與功能特點出發(fā)，在具有多層分腔設(shè)計的可灌注微芯片中模擬人體肺泡組織微環(huán)境；實驗中，在芯片多孔膜兩側(cè)(肺泡側(cè)/血管側(cè))的微腔內(nèi)，通過人肺泡上皮細胞、肺微血管內(nèi)皮細胞和人外周血免疫細胞的動態(tài)共培養(yǎng)，建立包含多種人源細胞、機械流體和組織界面等復(fù)雜因素的功能性肺泡-毛細血管屏障，然后開展芯片上的新冠病毒感染實驗。

結(jié)果顯示，當芯片上肺泡側(cè)上皮細胞暴露于新冠病毒后，上皮細胞內(nèi)可見大量病毒復(fù)制，并出現(xiàn)肺組織屏障完整性破壞。轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，SARS-CoV-2感染在兩種細胞中觸發(fā)不同的響應(yīng)機制，分別激活了上皮細胞中I型干擾素通路和內(nèi)皮細胞中JAK-STAT通路等。根據(jù)病毒載量計算，人肺泡上皮細胞呈現(xiàn)更強的病毒易感性，是病毒復(fù)制的主要場所，而人肺微血管內(nèi)皮細胞中病毒載量較低，提示病毒可能通過感染肺上皮細胞間接影響內(nèi)皮細胞。

此外，研究發(fā)現(xiàn)，病毒感染還可導(dǎo)致芯片血管側(cè)人外周血免疫細胞在血管內(nèi)皮細胞上的粘附增加，并釋放大量炎癥因子(如IL-1β，IL-6，IL-8，TNF-α)，提示新冠病毒感染肺組織可能通過激活人體免疫細胞釋放大量炎癥因子，誘發(fā)肺微血管內(nèi)皮損傷。利用該模型，研究者還對抗病毒化合物的藥效進行初步測試和評價。

該研究利用器官芯片技術(shù)，建立基于組織水平的人類新冠肺炎疾病模型，在體外模擬新冠病毒感染導(dǎo)致的肺屏障功能障礙、免疫細胞粘附、炎癥因子釋放和肺內(nèi)皮細胞損傷等一系列關(guān)鍵病理生理過程，反映新冠病毒感染中多細胞復(fù)雜因素參與介導(dǎo)的病原—宿主相互作用。這種模型系統(tǒng)具有建模周期短、成本低、人源性和易于監(jiān)測等特點，可以得到傳統(tǒng)方法難以獲取的動態(tài)生物學信息，并可延伸用于多器官累及的新冠肺炎機理研究。

相關(guān)研究成果于近日發(fā)表于《先進科學》上。(生物谷Bioon.com）

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