培养皿中构建人体肺部以测试药物

　　科学家们已经制定了一个循序渐进的蓝图，在实验室中创建先进的人体肺模型，他们说这将加速新药的发现和开发，减少对动物试验的依赖。

　　

   

   

显微镜下肺类器官模型，病变(左)，健康(右)

科学家们已经制定了一个循序渐进的蓝图，在实验室中创建先进的人体肺模型，他们说这将加速新药的发现和开发，减少对动物试验的依赖。悉尼大学的Huyen Phan博士和来自澳大利亚、韩国和中国的合作者领导的这项研究将于今天发表在《Biomaterials Research》杂志上，可以在网上获得预印本。

实验室制造的肺，被称为类器官或微型器官，是由人体原代细胞培养出来的3D结构，反映了人体的真实器官。它们是生物医学研究的试验场。

资深作者、悉尼药学院医学院纳米医学教授、查尔斯·珀金斯中心成员Wojciech Chrzanowski教授说:“这项工作意义重大，因为我们将能够减少医学研究中的动物数量，加速新药或治疗疾病的创新策略的发现。我们决定建立两种不同的肺模型，其中一种模拟第一阶段临床试验;一个健康的肺研究新药的安全性。另一个模拟第二阶段试验;一个患病的肺，在我们的病例中，反映了慢性阻塞性肺病，使我们能够研究药物的治疗效果或优越性。我们直接从患者身上提取细胞，然后像它们存在于体内一样将它们分层构建。所以，首先是上皮细胞，然后是成纤维细胞，我们实际上是在创造一个非常像人类肺的模拟器官。”

论文中描述的模型比传统模型更准确，在模拟人类肺部环境条件方面具有独特的能力。阿斯利康(AstraZeneca)和美国食品和药物管理局目前也在使用类似的模型。

“在传统的细胞培养中，你把细胞放入培养皿中，在静态条件下培养它们，这与在人体中发生的情况相去甚远。我们所做的是创造类似于人体内存在的环境条件，”Phan博士说。“我们在肺的微环境条件下培养和维护我们的模型，一边是空气，底部是液体界面，结合微循环，也就是我们的循环系统或血液。这两个元素结合起来有助于模拟人类肺部的状况，使它们更加准确。”

肺模型的应用并不局限于药物研发。它们也可以针对个别患者进行个性化，并用于测试肺部的一系列反应。

“这些微型肺类器官模型也可用于测试毒性。例如，二氧化硅粉尘或空气污染物，如丛林火灾产生的颗粒，”Chrzanowski教授说。“因为我们可以直接从病人身上提取细胞，我们可以建立病人自己的模型来测试药物对他们的有效性。”

肺模型可能对基础科学产生重大影响，使人们能够发现不同器官的功能，以及如何设计最有效的治疗策略。

研究人员说，他们的模型的巨大优势在于它们的可重复性、可靠性以及以经济有效的方式进行大规模研究的能力。

“它们加速了发现的过程，缩短了进入诊所的过程，但也大大增加了我们在进入临床试验之前对我们创造的分子的信心，”Chrzanowski教授说。“一种药物临床转化的正常时间大约是10到15年，但当你使用类器官模型时，你可以大大缩短这个时间。”这些肺模型的发展使澳大利亚走到了微型器官研究的前沿，他一直呼吁建立一个国家医学研究中心，以替代动物方法。

澳大利亚在2020年禁止在动物身上进行化妆品测试，去年美国通过立法，结束了在动物身上测试新药的要求。

Advanced pathophysiology mimicking lung models for accelerated drug discovery