密歇根大学开发3D生物工程肺组织模型,揭示肺纤维化新疗法

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密歇根大学的研究人员创建了一个3D生物工程肺组织模型,通过数十年的平板培养皿观察,探索致命疾病肺纤维化的进展。

肺纤维化的原因尚不完全清楚,但这种情况的特征是在肺内形成疤痕组织。这种疤痕组织会使肺泡壁变硬,在晚期,疤痕组织会完全填满肺泡腔。两种情况下都使呼吸困难,并减少进入血流的氧气量。通常这种情况是不可逆转的,最终导致肺衰竭和死亡。

一些临床医生担心,危重的COVID-19患者在重症监护室长期居住后可能发展为肺纤维化。

研究人员正在寻找更好的治疗方法。虽然他们已经在实践中设法找到了一些缓解症状或减缓进展的药物,但他们不能总是在今天的2D实验室模型中复制这些结果。所以他们不知道这些药物是如何或为什么起作用的,也不能预测哪些化合物会起作用。现在,来自密歇根大学的新研究在这个方向上迈出了一步,它赤裸裸地证明了以前的方法是如何无效的。

该团队表明,在一些2D模型中,已知的治疗有效的药物并不能产生显示有效性的测试结果。但是,他们的纤维化肺组织的3D组织工程模型显示这些药物是有效的。

在进行药物测试之前,他们首先进行了研究,以了解组织僵硬如何驱动肌成纤维细胞的外观,而肌成纤维细胞与瘢痕形成的进程有关。

研究小组成员、博士候选人丹尼尔·马泰拉(Daniel Matera)说:“即使是在同一个病人的细胞中,我们也看到了不同的结果。”“当我们在2D测试环境中引入硬度时,它激活了肌成纤维细胞,基本上产生了疤痕组织。当我们在3D测试环境中引入这种硬度时,它阻止或减缓了肌成纤维细胞的激活,阻止或减缓了疤痕组织的生成。”

他补充说,由于大多数肺纤维化研究使用2D测试,许多人认为患者的高肺硬度应该是治疗的目标。密歇根大学的研究表明,即使在皮氏培养皿中,单是靶向硬度可能不会阻碍病人疾病的进展。

研究小组的发现发表在《科学进展》杂志上。

为了找到有效的治疗方法,研究人员首先筛选药物化合物的文库。如今,他们通常是在平坦的塑料或水凝胶表面培养细胞,但这些设置在重现人体中所发生的情况方面效果很差。

布兰登·贝克是密歇根大学生物医学工程系的助理教授,他和团队采用了组织工程的方法。他们重建了三维肺间质或结缔组织,这是成纤维细胞的家园和纤维化开始的地方。他们的目标是了解来自肺组织的机械信号如何影响成纤维细胞的行为和疾病进展。

“重建肺间质的三维纤维结构使我们能够确认在传统筛查中不能被认定为命中的有效药物,”贝克说。

肺纤维化之谜的中心是成纤维细胞,一种在肺间质中发现的细胞,它对愈合至关重要,但矛盾的是,它也可以驱动疾病进展。当它们被激活,在受伤或疾病发生后,它们变成肌成纤维细胞。如果调控得当,它们在伤口愈合中发挥重要作用,但如果调控不当,它们可能导致慢性疾病。在肺纤维化的情况下,它们会导致肺组织硬化,阻碍呼吸。

“我们的肺组织模型的外观和行为与我们观察到的真实肺组织成像相似。”贝克说,“在我们的模型中,患者细胞可以主动硬化、降解或重塑自身环境,就像它们在疾病中所做的那样。”

这篇论文题目为“微工程3D肺间质模拟突出了基质降解在肌成纤维细胞分化中的关键作用”。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

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