EPFL开发了一种微流控芯片可以模拟人的肺部并复制其部分结构以研究COVID-19感染

在最近一项研究中，EPFL的科学家正在开发一项技术更好地了解冠状病毒如何导致某些患者的血凝块。他们开发了一种简化的肺部模型，可以让他们首次观察到病毒如何攻击位于血管内的细胞。

尽管确切的发病率仍不清楚，但COVID-19有时会引起血凝块。最近的一项研究表明，大约10％的住院患者会发生这种并发症。医生仍然不确定为什么病毒会引起这种反应-在最严重的情况下，血块会导致中风。为了深入了解这一现象，EPFL科学家开发了一种微流控芯片，该芯片可以模拟人的肺部并复制其部分结构以研究COVID-19感染。该芯片可以容纳肺上皮细胞，血管细胞和免疫系统细胞，并让科学家直接观察SARS-CoV-2如何攻击人类细胞并触发血凝块的形成。

研究者们怀疑有两种机制在起作用。一种是细胞因子的过量生产，细胞因子是在免疫细胞信号传导中起作用的蛋白质。冠状病毒可引起“细胞因子风暴”，这些过度活化的免疫系统反应会损坏血管并导致血凝块形成，并可能致命。另一个可能的机制是损坏肺部的血管内壁或内皮组织。肺部有很多这类组织，一旦受损，血液很容易凝结并形成凝块。

那么，可能的罪魁祸首是哪种机制？为了找到答案，医生需要能够每小时观察肺部感染的进展情况。在活着的患者中这几乎是不可能的，在实验室培养中也不是很可行，因为培养物通常仅包含一种细胞，而不能提供整个肺系统的足够真实的表示。

John McKinney教授实验室的科学家已获得EPFL COVID-19工作组的支持。在实验室的博士后Vivek Thacker博士的带领下，他们现在采用了片上肺装置，并对其进行了建模，以模拟SARS-CoV-2肺部感染的各个步骤。该设备包含微流控通道，可将营养物质馈送到芯片上的细胞，这些细胞经排列可重建一部分肺部。更具体地，该芯片包含一层上皮细胞或覆盖肺的细胞，以及一层内皮细胞或衬在血管上的细胞。两层被膜分开。

在科学家将SARS-CoV-2引入其设备后，该病毒首先攻击上皮细胞的外层，就像自然感染一样。他们与组织学核心设施的Jessica Sordet Dessimoz博士及其团队合作，发现该病毒在一天之内到达了内皮细胞的内层，并在随后的几天内造成了相当大的损害。

Vivek Thacker说：“有足够的破坏力破坏内皮，并使血管中的血液暴露于空气中，从而导致血块形成。”通过我们的系统，我们发现该病毒可能通过直接攻击内皮而引起血凝块。但是，这并不意味着细胞因子不会发挥作用。”

EPFL的装置揭示了一种使用常规方法无法观察到的现象，因为SARS-CoV-2在内皮细胞单培养物中不能很好地增殖。Thacker说：“在受感染的患者的内皮中也发现了一些病毒颗粒，但是数量很少。”

该团队接下来将使用他们的单片肺和实际血液样本，以便他们可以直接观察血凝块的形成。Thacker解释说，这并不像听起来那么简单-血液在体外迅速凝结，因此“我们必须快速而准确”。他们计划将抗凝剂添加到样品中，然后在将样品注入设备之前将其中和。小组将在接下来的几周内处理这个复杂的过程。

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