肺芯片被設計用于改善現(xiàn)有體外肺泡 - 毛細血管界面模型的生理相關性，這種多功能微實驗平臺可以再現(xiàn)人肺泡毛細血管界面（即活肺的基本功能單元）的關鍵結(jié)構、功能和機械性質(zhì)。Wyss Institute的Dongeun Huh受哈佛大學的生物啟發(fā)工程部的委托，設計了一個由PDMS制成的?。?0μm）多孔柔性膜分開的兩個緊密貼合的微通道結(jié)構。該裝置主要包括三個微流體通道，只有中間有多孔膜，如圖所示。將不同的細胞培養(yǎng)在膜兩側(cè)生長：一側(cè)為人肺泡上皮細胞，另一側(cè)為人肺微血管內(nèi)皮細胞。通道的分隔不僅有助于將空氣流作為流體將細胞和營養(yǎng)物遞送到上皮的頂端表面，而且還允許中間和側(cè)面通道之間存在壓力差。在人類呼吸循環(huán)的正常啟動過程中，胸膜內(nèi)壓降低，引起肺泡擴張。當空氣被吸入肺部時，毛細血管中的肺泡上皮和耦合的內(nèi)皮被拉伸。由于側(cè)通道連接到真空，引起壓力降低導致了中間通道擴張，從而拉伸多孔膜，隨后拉伸整個肺泡-毛細管界面。

圖1 肺芯片裝置及功能示意圖：該裝置由三個中空微通道組成，只有中間通道在水平方向被多孔膜隔成兩個部分，在多孔膜的兩側(cè)分別接種內(nèi)皮細胞或上皮組織細胞。側(cè)通道連接真空泵，可通過氣泵對膜進行拉伸以模擬由于隔膜的收縮引起胸膜內(nèi)壓降低，所導致的肺泡擴張。

壓力驅(qū)動膜拉伸的動態(tài)運動也被描述為周期性機械應變（值約為10％），與該裝置的靜態(tài)培養(yǎng)以及Transwell細胞培養(yǎng)系統(tǒng)相比，顯著增加了穿過多孔膜的納米顆粒易位速率。為了充分驗證器件的生物學效用性，必須對整個肺器官的反應進行評估。在這種情況下，研究人員一共做了兩個實驗：

?肺部炎癥

肺部炎癥反應一個多步驟的反應過程，但是隨著上皮細胞產(chǎn)生的增加和細胞因子的早期應答釋放，界面的細胞粘附分子數(shù)量[5]應該會增加。在Huh的實驗中，通過加入含有強力促炎介質(zhì)的培養(yǎng)基來模擬肺部炎癥。在造成損傷后幾小時，微流控裝置中的細胞根據(jù)前述生物反應受到環(huán)狀應變的而發(fā)生響應。

?肺部感染

使用大腸桿菌系統(tǒng)來證明甚至可以模擬細菌肺部感染的自然細胞反應。將細菌引入肺泡上皮的頂端表面之后的幾小時內(nèi)，在肺泡腔中能檢測到嗜中性粒細胞，這意味著它們已經(jīng)從血管微通道轉(zhuǎn)移，多孔膜已經(jīng)開始吞噬細菌。

此外，研究人員認為，這種肺片上系統(tǒng)的潛在價值將有助于毒理學應用。 通過調(diào)查對納米顆粒的肺部反應，研究人員希望在某些環(huán)境中更多地了解健康風險，并糾正以前過于簡單的體外模型。 因為微流體肺上芯片可以更精確地再現(xiàn)活人肺的機械性質(zhì)，因此其生理反應將比Transwell培養(yǎng)系統(tǒng)更快更準確。 然而，已發(fā)表的研究承認，肺片上的反應尚未完全復制天然肺泡上皮細胞的反應。

（作者：陳有靈犀 科學網(wǎng)科學網(wǎng)轉(zhuǎn)載僅供參考學習及傳遞有用信息，版權歸原作者所有，如侵犯權益，請聯(lián)系刪除）