伯尔尼的研究人员创造了复杂的“芯片肺”

肺是一个复杂的器官,肺的主要功能是将氧气从空气运输到血液中,并将二氧化碳从血液中排出至大气中。由于其结构,细胞组成和动态微环境,很难在体外进行模拟。

由Olivier Guenat领导的伯尔尼大学ARTORG生物医学工程研究中心的专门实验室已经开发了新一代体外模型,称为器官芯片,专注于对肺及其疾病进行建模。在首次成功地展示了肺的基本特征的芯片肺之后,片上器官(OOC)技术实验室现已与亥姆霍兹感染中心合作开发了一种纯生物的下一代“芯片肺”在德国以及Inselspital的胸外科和肺病科进行研究。

伯尔尼的研究人员创造了复杂的“芯片肺”
在第二代“芯片肺”上对患者细胞培养物进行免疫染色。

完全可生物降解的真人大小的气血屏障

Pauline Zamprogno在OOC为其博士学位论文开发了新模型,总结了其特征:“新的“芯片肺”可复制一系列具有体内类似尺寸的肺泡。它基于薄而可拉伸的膜,具有在肺中天然发现的分子:胶原蛋白和弹性蛋白制成。该膜很稳定,可以在两侧培养数周,可生物降解,其弹性特性可以通过机械拉伸细胞来模拟呼吸运动。”

与第一代也是由Olivier Guenat围绕该团队建立的相比,开发的系统重现了肺细胞外基质(ECM)的关键方面:其组成(由ECM蛋白制成的细胞支持),其结构(肺泡阵列)其尺寸类似于在体内发现的纤维+纤维结构)及其特性(可生物降解性,这是研究肺部疾病(如IPF或COPD)中屏障重塑的关键方面)。另外,与第一代“芯片肺”的聚二甲基硅氧烷可拉伸多孔膜相比,其制造工艺简单且不太繁琐。

广泛的潜在临床应用

目前要从新的芯片上培养的细胞用于研究,这些细胞是从胸腔内外科的肺切除术中接受癌症切除的癌症患者获得的。部门负责人拉尔夫·施密德(Ralph Schmid)认为该系统具有双重优势:“第二代片上肺可以植入健康或患病的肺泡细胞。这为临床医生提供了对肺生理学的更好理解和预测的工具。药物筛选以及可能用于精准医学的领域,从而确定具有最大潜力帮助特定患者的特定疗法。”

这种膜的应用范围很广,从对肺功能和病理的基础科学研究到发现新途径,以及更有效地发现潜在的新疗法。

研究中动物模型的强大替代品

另外,新“芯片肺”可以减少基于动物模型的肺病学研究的需求。由于在物种上和在肺部疾病的表达上的差异,在人体中进行临床前模型测试的许多有希望的候选药物在人体中进行测试时都失败了。这就是为什么从长远来看,该研究的目标是减少动物试验,并提供更多与患者相关的药物筛查系统,并有可能针对特定患者定制模型(通过在自己的细胞上植入片上器官)。

Pauline Zamprogno和她的OOC Technologies小组的同事将进一步开发新的生物“芯片肺”,以模仿患有特发性肺纤维化(IPF)的肺部,该病是一种导致慢性肺部疾病的肺部疾病。瑞士3R能力中心(3RCC)资助的研究项目的框架。新项目包括基于生物膜的IPF芯片模型的开发。到目前为止,研究团队已经开发了一个健康的气血屏障。现在是时候用它来研究一个真正的生物学问题了。

ARTORG中心的片上器官技术研究小组

ARTORG生物医学工程研究中心的这个专门小组与肺部和胸腹外科合作开发了专注于肺及其疾病的片上器官。该小组结合了工程学,特别是微流体和微细加工,细胞生物学和组织工程方法,材料科学和医学。

他们与初创公司AlevoliX合作进一步开发了“芯片肺”的第一项开发,旨在彻底改变临床前研究。最近,该小组已开发出一种完全生物学的第二代“芯片肺”,重点在于重建肺的气血屏障。第二个研究方向旨在开发功能性肺微脉管系统。在这里,肺内皮细胞被植入微工程环境中,在那里它们自组装以建立直径仅为几十微米的可灌注和收缩性微血管网络。

除药物应用外,片上器官还被认为有潜力用于精准医学中,以测试患者自己的细胞,从而定制最佳疗法。此外,这种系统在减少医学和生命科学研究中的动物测试方面具有巨大的潜力。获取更多前沿科技 信息 请持续关注:https://byteclicks.com

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