科學(xué)家們讓這種芯片肺能呼吸。然后他們給了它結(jié)核病。

結(jié)核病困擾著人類已有一段時(shí)間數(shù)千年盡管醫(yī)學(xué)進(jìn)步，可以幫助我們預(yù)防和治愈它，古老的細(xì)菌性疾病依然存在奪走更多人命每年感染率超過任何其他傳染病原體。

在一項(xiàng)新研究中，研究人員揭示了一種旨在揭開結(jié)核病早期階段神秘面紗的裝置，其中包括通常在癥狀出現(xiàn)前出現(xiàn)的特殊延遲。

他們的模型還可能揭示患者遺傳變異如何導(dǎo)致結(jié)核病的不同影響，并可能對(duì)個(gè)性化醫(yī)療.

關(guān)于我們物種的四分之一感染了結(jié)核菌，雖然只有一小部分人會(huì)生病，但這仍然超過了新增1000萬例——以及全球每年超過100萬人死亡。

結(jié)核病進(jìn)展緩慢，癥狀通常需要數(shù)月才會(huì)出現(xiàn)。為了進(jìn)一步了解這種滯后，作者關(guān)注了肺部中微小的氣囊，肺肺泡這些事件發(fā)生了免疫細(xì)胞與細(xì)菌之間的關(guān)鍵對(duì)抗。

“肺部的氣囊是人類預(yù)防感染的關(guān)鍵第一道屏障，但我們傳統(tǒng)上是在小鼠等動(dòng)物身上研究它們?！?a>他說合著者馬克斯·古鐵雷斯，弗朗西斯·克里克研究所宿主-病原體在結(jié)核病中相互作用實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人。

“這些研究對(duì)我們理解至關(guān)重要，但動(dòng)物和人類在免疫細(xì)胞構(gòu)成和疾病進(jìn)展上存在差異，這激發(fā)了對(duì)替代技術(shù)的興趣，”古鐵雷斯他說.

新興”芯片上的風(fēng)琴例如，技術(shù)使科學(xué)家能夠在微流控細(xì)胞培養(yǎng)微芯片中模擬完整的人體器官，為動(dòng)物模型提供了替代方案。

一些“芯片上肺”系統(tǒng)已經(jīng)存在，但這些模型的局限性促使古鐵雷斯和他的同事嘗試另一種方法。

古鐵雷斯：“直到現(xiàn)在，芯片上的肺設(shè)備都是由患者來源和市售細(xì)胞混合而成，”古鐵雷斯他說.“這意味著它們無法完全重現(xiàn)單個(gè)個(gè)體的肺功能或疾病進(jìn)展，因?yàn)槊糠N細(xì)胞的基因都不同?！?/p>

研究人員為研究開發(fā)了一種新的肺芯片，僅包含來自單個(gè)人類的基因相同細(xì)胞干細(xì)胞.

“我們用的是人類誘導(dǎo)的多能型干細(xì)胞，這些細(xì)胞幾乎可以變成身體中的任何細(xì)胞，產(chǎn)生I型和II型肺泡上皮細(xì)胞?！?a>他說第一作者Jakson Luk，Gutierrez實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員。

“這些是長在膜頂端的，”他補(bǔ)充.“利用相同的干細(xì)胞，我們還生產(chǎn)了在膜底部生長的血管內(nèi)皮細(xì)胞?！?/p>

這為結(jié)核病的“黑匣子期”提供了新穎的視角，即從初次感染到癥狀的出現(xiàn).

“我們想查找臨床和動(dòng)物研究中患者中報(bào)告的疾病特征，”陸他說.

當(dāng)研究人員加入免疫細(xì)胞時(shí)，叫巨噬細(xì)胞在引入結(jié)核病之前，他們很快注意到巨噬細(xì)胞簇中存在“壞死核心”——這是一群死去巨噬細(xì)胞夾雜在更大活體巨噬細(xì)胞群中。

“最終，感染五天后，內(nèi)皮和上皮細(xì)胞屏障崩潰，顯示氣囊功能失效，”陸他說.

然而，并非每個(gè)人的肺部對(duì)結(jié)核病的反應(yīng)都相同，因此研究人員還試圖了解遺傳差異如何導(dǎo)致不同的反應(yīng)。

“我們移除了ATG14基因，它參與了自然降解受損細(xì)胞和異物的過程，”陸他說.

“缺乏該基因的巨噬細(xì)胞在靜息狀態(tài)下更容易發(fā)生細(xì)胞死亡，感染后會(huì)試圖吞噬更多結(jié)核菌，證實(shí)了該基因在保持免疫防御完整性中的作用，”他說解釋.

還需要更多研究，但陸和他的同事們認(rèn)為，他們的芯片是實(shí)現(xiàn)結(jié)核病及其他感染更個(gè)性化治療的關(guān)鍵一步。

“我們現(xiàn)在可以從具有特定基因突變的人身上制造芯片，以了解像結(jié)核病這樣的感染如何影響他們，并測試抗生素等治療的效果，”陸他說.

“芯片支持了個(gè)性化醫(yī)療的大規(guī)模推動(dòng)，”古鐵雷斯補(bǔ)充.“這可能幫助我們理解遺傳對(duì)治療有效性的影響。”

該研究發(fā)表于科學(xué)進(jìn)展.

寶寶起名 起名