近日(ri)，大連(lian)化物所(suo)秦(qin)建華研究員(yuan)團(tuan)隊(dui)與(yu)中(zhong)科(ke)院昆明(ming)動物所(suo)鄭(zheng)永(yong)唐(tang)研究員(yuan)團(tuan)隊(dui)合作，利(li)用(yong)器官(guan)芯片技術(shu)建(jian)立(li)了壹(yi)種體外肺器官(guan)微生(sheng)理系統(tong)，模擬了新(xin)冠(guan)病毒感染(ran)人(ren)體(ti)導致的(de)肺組(zu)織損(sun)傷(shang)和(he)免疫(yi)反應(ying)等，為新(xin)冠(guan)病毒致病機制研(yan)究和(he)快速藥(yao)物評(ping)價等提供了新(xin)策(ce)略和新(xin)技術(shu)。
   新(xin)型冠狀(zhuang)病毒（SARS-CoV-2）感染(ran)已(yi)導(dao)致全(quan)球大流行(xing)，新(xin)冠(guan)肺炎確診(zhen)病例(li)仍在(zai)持續(xu)增長，嚴(yan)重(zhong)威(wei)脅(xie)人類(lei)健康。肺臟是(shi)SARS-CoV-2感染(ran)的(de)主要靶器官(guan)。新(xin)冠(guan)肺炎臨(lin)床表(biao)現(xian)輕(qing)重(zhong)不壹(yi)，主要有(you)發熱、乏(fa)力、幹咳等，重(zhong)癥(zheng)患(huan)者還(hai)可累(lei)及(ji)多(duo)個臟(zang)器，出(chu)現(xian)多(duo)器官(guan)功能(neng)衰(shuai)竭。有(you)研究顯示，人體(ti)免疫(yi)系統(tong)過度反應(ying)觸(chu)發的(de)“炎癥(zheng)因(yin)子(zi)風(feng)暴(bao)”是導(dao)致患(huan)者從(cong)輕(qing)癥(zheng)向(xiang)重(zhong)癥(zheng)轉(zhuan)化的(de)主要誘(you)因之(zhi)壹(yi)。目前(qian)新(xin)冠(guan)肺炎的(de)臨(lin)床治療(liao)多(duo)以(yi)綜(zong)合治療(liao)為主，但(dan)仍缺乏特(te)效(xiao)藥(yao)物。盡(jin)管(guan)前(qian)期(qi)已(yi)有(you)細胞和動物模(mo)型用(yong)於新(xin)冠(guan)病毒研究，但(dan)在壹定程(cheng)度上(shang)仍存(cun)在諸(zhu)多(duo)局(ju)限(xian)。現(xian)階(jie)段，仍缺少能(neng)夠在組(zu)織器官(guan)水平(ping)反(fan)映人體對新(xin)冠(guan)病毒感染(ran)響(xiang)應(ying)的(de)研(yan)究模(mo)型，這也是(shi)嚴(yan)重(zhong)制約當(dang)前新(xin)冠(guan)病毒藥(yao)物研(yan)發進程(cheng)的(de)瓶(ping)頸(jing)之(zhi)壹(yi)。
   器官(guan)芯片是(shi)壹種新(xin)興(xing)前(qian)沿交叉科(ke)學技術(shu)，它融(rong)合了物(wu)理、化學、工程(cheng)學(xue)和(he)生(sheng)物(wu)學等多(duo)學(xue)科(ke)方(fang)法，可在(zai)幾(ji)平(ping)方(fang)厘米大小(xiao)的(de)流(liu)控(kong)芯片上(shang)仿生(sheng)構(gou)建多(duo)種人體組(zu)織器官(guan)的(de)微縮(suo)模(mo)型，用(yong)來反(fan)映(ying)人體器官(guan)的(de)關鍵(jian)結(jie)構與(yu)生(sheng)物(wu)功能(neng)。特(te)別(bie)是(shi)，它有(you)可能(neng)以(yi)前(qian)所(suo)未有(you)的(de)方(fang)式(shi)在(zai)體(ti)外再現(xian)人(ren)體(ti)對(dui)多(duo)種外界(jie)因(yin)素(su)刺(ci)激(ji)的(de)響(xiang)應(ying)，在生(sheng)命(ming)科(ke)學研(yan)究、疾病研究和(he)新(xin)藥(yao)研發等領(ling)域(yu)具(ju)有(you)廣泛(fan)應(ying)用(yong)潛力(li)。
   肺泡(pao)是(shi)人體(ti)肺臟的(de)基本(ben)功(gong)能(neng)單(dan)位(wei)，其(qi)中(zhong)肺泡(pao)—毛(mao)細血(xue)管(guan)屏(ping)障對於(yu)維(wei)持肺臟氣(qi)體交換(huan)和(he)抵禦外界(jie)病原體(ti)感染(ran)至關重(zhong)要。本(ben)工(gong)作中(zhong)，研(yan)究者(zhe)首(shou)先(xian)利(li)用(yong)器官(guan)芯片技術(shu)仿生(sheng)構(gou)建了人(ren)體(ti)肺泡(pao)功(gong)能(neng)單(dan)元(yuan)，並(bing)進壹(yi)步開展新(xin)冠(guan)病毒感染(ran)實(shi)驗(yan)。研究者(zhe)從(cong)人(ren)體肺組(zu)織復(fu)雜(za)結(jie)構與(yu)功能(neng)特(te)點(dian)出(chu)發，在具(ju)有(you)多(duo)層分腔設計(ji)的(de)可(ke)灌(guan)註(zhu)微芯(xin)片中(zhong)模(mo)擬人體肺泡(pao)組(zu)織微環(huan)境(jing)；實(shi)驗(yan)中(zhong)，在(zai)芯片多(duo)孔(kong)膜(mo)兩(liang)側（肺泡(pao)側/血(xue)管(guan)側）的(de)微腔(qiang)內(nei)，通(tong)過人肺泡(pao)上(shang)皮細胞、肺微血(xue)管(guan)內(nei)皮細胞和人外周(zhou)血(xue)免疫(yi)細胞的(de)動態共(gong)培養，建(jian)立(li)了包(bao)含(han)多(duo)種人源(yuan)細胞、機械(xie)流體和組(zu)織界(jie)面等復(fu)雜(za)因(yin)素(su)的(de)功(gong)能(neng)性(xing)肺泡(pao)—毛(mao)細血(xue)管(guan)屏(ping)障，並(bing)進壹(yi)步在中(zhong)科(ke)院昆明(ming)動物所(suo)BSL-3實(shi)驗(yan)室內開展芯片上(shang)的(de)攻(gong)毒試驗(yan)。
   結(jie)果顯示，當(dang)芯片上(shang)肺泡(pao)側上(shang)皮細胞暴露(lu)於(yu)新(xin)冠(guan)病毒後(hou)，上(shang)皮細胞內可見大量(liang)病毒復(fu)制，並(bing)出(chu)現(xian)肺組(zu)織屏(ping)障完整性(xing)破壞(huai)。轉錄組(zu)分(fen)析發現(xian)，SARS-CoV-2感染(ran)在(zai)兩(liang)種細胞中(zhong)觸(chu)發不同的(de)響(xiang)應(ying)機制，分(fen)別(bie)激(ji)活了上(shang)皮細胞中(zhong)I型幹擾素(su)通(tong)路和內(nei)皮細胞中(zhong)JAK-STAT通(tong)路等。根(gen)據(ju)病毒載量(liang)計(ji)算，人肺泡(pao)上(shang)皮細胞呈(cheng)現(xian)更強的(de)病毒易感性(xing)，是(shi)病毒復(fu)制的(de)主要場所(suo)，而人肺微血(xue)管(guan)內(nei)皮細胞中(zhong)病毒載量(liang)較(jiao)低(di)，提示病毒可能(neng)通(tong)過(guo)感染(ran)肺上(shang)皮細胞間(jian)接(jie)影(ying)響(xiang)內皮細胞。此(ci)外，研(yan)究發現(xian)，病毒感染(ran)還(hai)可(ke)導致芯(xin)片血(xue)管(guan)側人(ren)外周(zhou)血(xue)免疫(yi)細胞在血管(guan)內(nei)皮細胞上(shang)的(de)粘(zhan)附(fu)增加，並(bing)釋(shi)放(fang)大量(liang)炎癥(zheng)因(yin)子(zi)（如(ru)IL-1β，IL-6，IL-8，TNF-α），提示新(xin)冠(guan)病毒感染(ran)肺組(zu)織可(ke)能(neng)通(tong)過(guo)激(ji)活人(ren)體(ti)免疫(yi)細胞釋(shi)放(fang)大量(liang)炎癥(zheng)因(yin)子(zi)，誘(you)發肺微血(xue)管(guan)內(nei)皮損(sun)傷(shang)。利(li)用(yong)該模(mo)型，研究者(zhe)還對抗病毒化合物的(de)藥(yao)效(xiao)進行(xing)了初(chu)步測試和(he)評(ping)價。
   本(ben)研(yan)究利(li)用(yong)器官(guan)芯片技術(shu)，建(jian)立(li)了基於組(zu)織水(shui)平的(de)人(ren)類(lei)新(xin)冠(guan)肺炎疾病模型，在體(ti)外模(mo)擬了新(xin)冠(guan)病毒感染(ran)導(dao)致的(de)肺屏障功能(neng)障礙、免疫(yi)細胞粘(zhan)附(fu)、炎癥(zheng)因(yin)子(zi)釋(shi)放(fang)和肺內皮細胞損(sun)傷(shang)等(deng)壹系列(lie)關鍵(jian)病理生(sheng)理過程(cheng)，反映了新(xin)冠(guan)病毒感染(ran)中(zhong)多(duo)細(xi)胞復(fu)雜(za)因(yin)素(su)參(can)與(yu)介導(dao)的(de)病原—宿(xiu)主相(xiang)互作用(yong)。這種模型系統(tong)具有(you)建模周(zhou)期(qi)短(duan)、成(cheng)本(ben)低(di)、人(ren)源(yuan)性和(he)易於(yu)監(jian)測(ce)等(deng)特(te)點(dian)，可以(yi)得到傳統方(fang)法難以(yi)獲取的(de)動態生(sheng)物(wu)學信息，並(bing)可(ke)延伸(shen)用(yong)於多(duo)器官(guan)累(lei)及(ji)的(de)新(xin)冠(guan)肺炎機理研究。
   該(gai)工作於(yu)近(jin)日(ri)發表於(yu)《先進科(ke)學》（Advanced Science）上(shang)。