类器官彻底改变了呼吸道感染的研究

　　在生物工程的一个突破中，研究人员已经开发出可以模拟人类呼吸道的类器官。这种被称为气凝胶(airgel)的类器官使他们能够揭示铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)等耐抗生素病原体感染呼吸道的机制。

　　

在生物工程领域的一个突破中，EPFL的研究人员开发出了可以模拟人类呼吸道的类器官。这种被称为气凝胶(airgel)的类器官使他们能够揭示铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)等耐抗生素病原体感染呼吸道的机制。

生物膜是高度耐药的细菌群落，对感染的治疗构成了重大挑战。虽然在实验室条件下对生物膜的形成进行了广泛的研究，但了解它们在人类呼吸道复杂环境中的发育仍然是难以捉摸的。

由EPFL的Alexandre Persat领导的一个研究小组现在已经成功地开发了一种叫做airgel的类器官，解决了这个问题。类器官是一种微型的、自组织的3D组织，由干细胞培养而成，可以模拟人体的实际组织和器官。它们代表了该领域的范式转变，使科学家能够在实验室中复制和研究器官的复杂环境。

由塔玛拉·罗西和她的同事开发的气凝胶是人类肺组织的生物工程模型，为感染研究开辟了新的可能性。他们通过精确模拟气道粘膜的生理特性，包括粘液分泌和纤毛跳动，彻底改变了感染研究。该技术使科学家能够以更真实、更全面的方式研究气道感染，弥合了体外研究与临床观察之间的差距。

Persat说:“关于这项研究有很多要说的，但是用于感染研究的类器官工程具有巨大的潜力。”“它改变了游戏规则。”

在发表在《公共科学图书馆·生物学》杂志上的这项研究中，研究人员使用气凝胶研究了粘液在铜绿假单胞菌形成生物膜过程中的作用，铜绿假单胞菌是一种通常对抗生素具有耐药性的致病菌。通过用铜绿假单胞菌感染气凝胶，并在高分辨率活体显微镜下研究它们，他们能够实时地使细菌形成生物膜。

他们的观察表明，铜绿假单胞菌利用被称为IV型菌毛(T4P)的可收缩细丝积极诱导其宿主粘液收缩。T4P细丝产生必要的力量来收缩气道粘液，这使得铜绿假单胞菌细胞聚集并形成生物膜。研究人员对选定的铜绿假单胞菌突变体进行了后续模拟和生物物理实验，验证了他们的发现。

该研究表明，AirGel类器官模型可以为细菌与其宿主环境之间的机械相互作用提供独特的见解，在这种情况下，揭示了一种以前未知的促进呼吸道生物膜形成的机制。

能够设计出忠实地复制粘膜环境的类器官开辟了新的探索途径，使研究人员能够发现感染被忽视的方面，研究额外的生理因素，如温度、湿度、药物和化学应激源对感染的发展和进展的影响，并开发针对抗生素耐药病原体的靶向治疗。

Journal Reference:

1. Tamara Rossy, Tania Distler, Lucas A. Meirelles, Joern Pezoldt, Jaemin Kim, Lorenzo Talà, Nikolaos Bouklas, Bart Deplancke, Alexandre Persat. Pseudomonas aeruginosa type IV pili actively induce mucus contraction to form biofilms in tissue-engineered human airways. PLOS Biology, 2023; 21 (8): e3002209 DOI: 10.1371/journal.pbio.3002209