近(jin)日(ri)，大(da)連化(hua)物(wu)所秦(qin)建(jian)華研究員團隊(dui)與中(zhong)科(ke)院(yuan)昆(kun)明動物(wu)所鄭(zheng)永(yong)唐研究員團隊(dui)合(he)作，利(li)用(yong)器官芯片(pian)技(ji)術建(jian)立了壹(yi)種(zhong)體(ti)外肺(fei)器官微生理(li)系(xi)統(tong)，模(mo)擬(ni)了新(xin)冠病毒(du)感染人體(ti)導致(zhi)的肺(fei)組織(zhi)損傷和免疫反應等(deng)，為新(xin)冠病毒(du)致(zhi)病機制(zhi)研究和快(kuai)速藥物(wu)評價(jia)等提(ti)供了新(xin)策(ce)略(lve)和新(xin)技(ji)術。
   新(xin)型(xing)冠狀(zhuang)病毒(du)（SARS-CoV-2）感染已導(dao)致全球大(da)流行(xing)，新(xin)冠肺(fei)炎確(que)診病例仍(reng)在(zai)持(chi)續(xu)增長(chang)，嚴(yan)重(zhong)威脅(xie)人(ren)類(lei)健康。肺(fei)臟是(shi)SARS-CoV-2感染的主要靶器官。新(xin)冠肺(fei)炎臨床表(biao)現(xian)輕重不壹(yi)，主要有發(fa)熱(re)、乏(fa)力、幹咳等(deng)，重(zhong)癥(zheng)患者還可(ke)累及多個臟(zang)器，出(chu)現(xian)多器官功能衰竭(jie)。有研究顯(xian)示(shi)，人體(ti)免疫系統過度反(fan)應觸(chu)發(fa)的“炎癥(zheng)因子(zi)風暴(bao)”是(shi)導致患者從輕癥(zheng)向(xiang)重癥(zheng)轉化(hua)的主要誘因之(zhi)壹(yi)。目(mu)前(qian)新(xin)冠肺(fei)炎的臨床治療多以(yi)綜合(he)治療為主，但仍(reng)缺(que)乏(fa)特(te)效藥物(wu)。盡(jin)管前(qian)期(qi)已有細胞(bao)和動物(wu)模(mo)型(xing)用(yong)於新(xin)冠病毒(du)研究，但在壹(yi)定(ding)程(cheng)度(du)上仍存(cun)在諸(zhu)多(duo)局(ju)限。現階(jie)段(duan)，仍缺(que)少能夠在組(zu)織(zhi)器官水(shui)平(ping)反映人(ren)體(ti)對新(xin)冠病毒(du)感染響應的研究模(mo)型(xing)，這也是(shi)嚴(yan)重(zhong)制(zhi)約當(dang)前(qian)新(xin)冠病毒(du)藥物(wu)研發(fa)進(jin)程(cheng)的瓶頸之壹(yi)。
   器(qi)官芯片(pian)是(shi)壹(yi)種(zhong)新(xin)興前(qian)沿(yan)交叉科(ke)學(xue)技(ji)術，它(ta)融合(he)了物(wu)理、化(hua)學(xue)、工(gong)程(cheng)學(xue)和生物(wu)學(xue)等多(duo)學(xue)科(ke)方(fang)法(fa)，可(ke)在幾(ji)平(ping)方(fang)厘米(mi)大(da)小的流控(kong)芯片(pian)上(shang)仿(fang)生構(gou)建(jian)多種(zhong)人(ren)體(ti)組織(zhi)器官的微縮(suo)模(mo)型(xing)，用(yong)來(lai)反(fan)映人(ren)體(ti)器官的關(guan)鍵結構與生物(wu)功能。特(te)別是(shi)，它有可(ke)能以前(qian)所未(wei)有的方(fang)式(shi)在體(ti)外再(zai)現人體(ti)對多(duo)種(zhong)外界因(yin)素刺激(ji)的響應，在(zai)生命(ming)科(ke)學(xue)研究、疾病研究和新(xin)藥研發(fa)等(deng)領(ling)域具有廣(guang)泛應用(yong)潛(qian)力。
   肺(fei)泡是(shi)人體(ti)肺(fei)臟的基本功能單(dan)位，其(qi)中肺(fei)泡—毛(mao)細血(xue)管屏(ping)障(zhang)對(dui)於維(wei)持(chi)肺(fei)臟氣(qi)體(ti)交換(huan)和抵(di)禦(yu)外界病原(yuan)體(ti)感染至關(guan)重(zhong)要。本工(gong)作中(zhong)，研究者首(shou)先(xian)利(li)用(yong)器官芯片(pian)技(ji)術仿(fang)生構(gou)建(jian)了人體(ti)肺(fei)泡功(gong)能單(dan)元，並(bing)進壹(yi)步(bu)開展(zhan)新(xin)冠病毒(du)感染實驗。研究者從人(ren)體(ti)肺(fei)組織(zhi)復(fu)雜(za)結(jie)構(gou)與(yu)功(gong)能特(te)點出(chu)發(fa)，在(zai)具有多層(ceng)分腔設計(ji)的可(ke)灌(guan)註(zhu)微芯片(pian)中(zhong)模(mo)擬(ni)人體(ti)肺(fei)泡組(zu)織(zhi)微環境；實驗中，在芯片(pian)多(duo)孔(kong)膜(mo)兩側（肺(fei)泡側(ce)/血(xue)管側(ce)）的微腔內(nei)，通過(guo)人(ren)肺(fei)泡上(shang)皮(pi)細胞(bao)、肺(fei)微血(xue)管內(nei)皮細胞(bao)和人外周血(xue)免疫細胞(bao)的動態(tai)共培(pei)養(yang)，建(jian)立了包含多種(zhong)人(ren)源(yuan)細胞(bao)、機械流體(ti)和組織(zhi)界面(mian)等復(fu)雜(za)因(yin)素的功能性(xing)肺(fei)泡—毛(mao)細血(xue)管屏(ping)障(zhang)，並(bing)進壹(yi)步(bu)在(zai)中(zhong)科(ke)院(yuan)昆(kun)明動物(wu)所BSL-3實(shi)驗室內(nei)開展(zhan)芯片(pian)上(shang)的攻(gong)毒(du)試(shi)驗。
   結果顯(xian)示(shi)，當(dang)芯片(pian)上(shang)肺(fei)泡側(ce)上(shang)皮(pi)細胞(bao)暴露(lu)於新(xin)冠病毒(du)後(hou)，上皮細胞(bao)內可(ke)見大(da)量(liang)病毒(du)復(fu)制(zhi)，並出(chu)現(xian)肺(fei)組織(zhi)屏(ping)障(zhang)完整性(xing)破(po)壞(huai)。轉錄組分析(xi)發(fa)現(xian)，SARS-CoV-2感染在兩種(zhong)細胞(bao)中觸(chu)發(fa)不同(tong)的響應機(ji)制(zhi)，分別激活了上皮細胞(bao)中I型(xing)幹擾素通路和內皮(pi)細胞(bao)中JAK-STAT通(tong)路等(deng)。根(gen)據(ju)病毒(du)載(zai)量(liang)計(ji)算，人(ren)肺(fei)泡上(shang)皮(pi)細胞(bao)呈現(xian)更強的病毒(du)易感性(xing)，是(shi)病毒(du)復(fu)制(zhi)的主要場所，而(er)人(ren)肺(fei)微血(xue)管內(nei)皮細胞(bao)中病毒(du)載(zai)量(liang)較低(di)，提(ti)示(shi)病毒(du)可(ke)能通過感染肺(fei)上皮(pi)細胞(bao)間接(jie)影響(xiang)內皮細胞(bao)。此外，研究發(fa)現(xian)，病毒(du)感染還可(ke)導致(zhi)芯片(pian)血(xue)管側(ce)人外周血(xue)免疫細胞(bao)在血(xue)管內(nei)皮細胞(bao)上的粘附(fu)增(zeng)加，並釋放大(da)量(liang)炎癥(zheng)因子(zi)（如(ru)IL-1β，IL-6，IL-8，TNF-α），提(ti)示(shi)新(xin)冠病毒(du)感染肺(fei)組織(zhi)可(ke)能通過激活人體(ti)免疫細胞(bao)釋放大(da)量(liang)炎癥(zheng)因子(zi)，誘發(fa)肺(fei)微血(xue)管內(nei)皮損傷。利(li)用(yong)該模(mo)型(xing)，研究者還對(dui)抗(kang)病毒(du)化(hua)合(he)物(wu)的藥效進行了初步測試(shi)和評價(jia)。
   本研究利(li)用(yong)器官芯片(pian)技(ji)術，建(jian)立了基於組(zu)織(zhi)水(shui)平(ping)的人類(lei)新(xin)冠肺(fei)炎疾(ji)病模(mo)型(xing)，在體(ti)外模(mo)擬(ni)了新(xin)冠病毒(du)感染導致(zhi)的肺(fei)屏(ping)障(zhang)功(gong)能障(zhang)礙(ai)、免疫細胞(bao)粘附(fu)、炎癥(zheng)因子(zi)釋放和肺(fei)內皮(pi)細胞(bao)損傷等(deng)壹(yi)系(xi)列(lie)關(guan)鍵病理生理(li)過(guo)程(cheng)，反(fan)映了新(xin)冠病毒(du)感染中多(duo)細胞(bao)復(fu)雜(za)因(yin)素參(can)與介(jie)導(dao)的病原(yuan)—宿(xiu)主相(xiang)互作用(yong)。這種(zhong)模(mo)型(xing)系統具(ju)有建(jian)模(mo)周(zhou)期短、成(cheng)本低(di)、人(ren)源(yuan)性(xing)和易於監(jian)測等特(te)點，可(ke)以得到(dao)傳(chuan)統方(fang)法(fa)難以獲取的動態(tai)生物(wu)學(xue)信(xin)息(xi)，並(bing)可(ke)延伸用(yong)於多(duo)器官累及的新(xin)冠肺(fei)炎機(ji)理研究。
   該工(gong)作於近(jin)日(ri)發(fa)表(biao)於《先(xian)進科(ke)學(xue)》（Advanced Science）上。