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来自哈佛大学Wyss生物工程研究所的研究人员，在排列人类活细胞的微型芯片上成功模拟了肺水肿。这项研究成果发表在《科学—转化医学》（Science Translational Medicine）杂志上。他们利用这种“芯片上的肺”（lung-on-a-chip）研究了药物的毒性，并确定了防止这种威胁生命的疾病的潜在新疗法。

这一研究进一步证明了“芯片上的器官”（organs-on-chips）在替代传统药物发现和开发方法方面具有巨大潜力。

研究的资深作者、Wyss生物工程研究所创始主任Donald Ingber博士表示：“大型制药公司花费大量时间和金钱在细胞培养和动物测试上以开发新药，但这些方法往往无法预测药物对人体的影响。”

研究小组于两年前首次描述的“芯片上的肺”是一种透明、柔性的多聚物，大小约相当于一个记忆棒，包含空心通道，采用计算机微芯片制造技术制成。两个通道由一层薄而柔性的多孔膜分隔，一面排列来自气囊的人类肺细胞并暴露于空气中，另一面放置人类毛细血管血液细胞，培养液流过其表面。向侧通道施加真空，使组织间的界面变形，从而重建呼吸时人类肺组织的物理扩张和收缩。

Wyss技术开发人员Dongeun Huh博士在“芯片上的肺”中研究了一种名为IL-2的癌症化疗药物。IL-2的主要毒副作用是肺水肿，这是一种肺脏中充满液体和血凝块的致病性疾病。

当将IL-2注入“芯片上的肺”的血液通道时，液体漏过膜及两个组织层，减少了另一个通道中的空气量，损害了氧运输——这与在人类患者肺脏中以相等剂量、相同时间过程发生的情况相似。血浆蛋白还进入空气通道，导致空气空间中形成血凝块，如同IL-2治疗的人类患者中所发生的情况。

研究结果表明，呼吸的物理行为大大促进了IL-2在肺水肿中的效应——“一些临床医生和科学家们从未怀疑过的东西，”Ingber说。当研究小组接通芯片上的真空以模拟呼吸时，用临床相关IL-2剂量治疗时液体渗漏增高了3倍。Wyss研究小组在肺气肿动物模型中证实了同样的反应。这一结果可能表明，医生在使用IL-2治疗并戴上呼吸器的患者时，应减少压入肺中的空气潮气量，以减轻药物的副作用。

对于未来的药物测试，最令人兴奋的是Wyss研究小组发现“这种芯片上的人类肺水肿模型可用于体外鉴别新的潜在治疗药物，”Ingber说。在“芯片上的肺”疾病模型中，肺水肿症状可通过葛兰素史克公司（GSK）开发的一类新药——TRPV4通道阻滞剂来治疗。在发表于同一杂志的另一项研究中，GSK的研究小组采用由心衰引起的肺水肿动物模型，证实了TRPV4抑制在减轻肺水肿方面的积极效应。

“在短短两年多的时间里，我们从初步的‘芯片上的肺’设计进展到证实它模拟一种复杂人类疾病的潜力，这让我们大致了解了未来药物发现和开发可能的样子，”Ingber说。

“芯片上的器官代表了一种模拟人类器官结构、生物学和功能的新方法，这一点通过这一工程肺的复杂呼吸行为得到了证实。这种呼吸行为是重要的，提供了肺水肿病因学的新认识。这些结果为更广泛地利用这种微系统研究疾病病理学提供了支持，并有希望鉴别出新的治疗靶点，”NIH项目协调、规划和战略行动部主任James M. Anderson博士说。（来源：生物通 何嫱）