具有纤维化肺组织特性的肺组织芯片系统,为治疗提供快速测试

肺纤维化是最常见也是最为严重的肺部疾病之一。据麦姆斯咨询报道，美国国家生物医学图像及生物工程研究院（National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering, NIBIB）资助的研究人员开发了一种模拟肺纤维化的体外肺组织芯片系统，为潜在的新型抗纤维化治疗提供快速测试。肺纤维化的特点是渐进的肺僵硬和瘢痕形成。据估计，美国有将近20万人受此影响，全球受影响人数超过500万。约有一半受影响的个体会在诊断后的5年内死亡。肺纤维化的渐进型组织硬化也是心力衰竭、肝硬化和肾脏病的重要影响因素。肺纤维化中发生的肺瘢痕是不可逆的，因此也没有可以完全阻止疾病进程的治疗方法。目前，只有两种药物可以帮助缓解疾病进程，吡非尼酮（pirfenidone）和尼达尼布（nintedanib）。许多新的可能可以停止疾病进程，甚至扭转疾病进程的候补疗法都已经被发现，由于该疾病在动物模型或人体临床试验中发展缓慢，因此药物测试往往困难且昂贵。

为了解决上述问题，来自布法罗纽约州立大学（State University of New York at Buffalo）和加拿大多伦多大学（University of Toronto）的生物工程师团队，开发出了一款具有纤维化肺组织特性的肺组织芯片系统。美国国家生物医学图像及生物工程研究院资助了这款独特微组织系统的开发，并将其作为测试抗纤维化治疗的平台，该研究发表在《自然通讯》（Nature Communications）期刊上。

拥有多个微阵列的实验室器皿。插图：肺微组织阵列的细节，每个方块的尺寸为1x1毫米研究人员使用微光刻技术打印微方块阵列，并在每个单独的正方形边缘周围放置和人的头发差不多厚度的微柱。他们设计了一种培养肺泡组织的方式，肺中的小囊充满空气，使组织像蹦床一样伸展到微柱上。微组织用乙型转化生长因子（TGF-beta）处理，导致组织收缩变硬。上述步骤可以模仿病患肺泡组织变硬，并使微柱弯曲，这一过程可以在显微镜下被观察到。最终生成肺纤维化的微组织模型。

在微柱上培养的肺组织（左）和经过TGF-beta处理后收缩并模拟纤维化的肺组织（右）用吡非尼酮和尼达尼布治疗后，微柱的纤维化弯曲得以缓和，证实了该系统是肺纤维化的可靠模型，其对药物治疗有反应。布法罗纽约州立大学生物医学工程系助教，本研究的高级作者Ruogang Zhao博士表示，“我们希望我们的系统能够加速肺纤维化治疗从实验室到诊所的转化，我们正在调整该系统以建立其它膜疾病病理学模型，如视网膜纤维化和与克罗恩病（Crohn's disease）相关的肠纤维化。”