Adv Mat Technol：新型微流体设备或能帮助理解空气污染影响机体肺部健康的机制

2021年11月11日 讯 /生物谷BIOON/ --如今，微流体肺部芯片系统越来越成为科学家们研究肺部生理学和功能的特殊工具，因为其能准确再现气道组织微环境中的时空特征，包括细胞组织、组织结构和机械线索（比如周期性拉伸和气流）等；然而，迄今为止，大部分的肺部芯片设备都依赖于集成性的设计元件，比如气道细胞所培养的膜，其侧重于实现芯片的监测和分析，而忽略了对芯片外部进行分析的需求。近日，一篇发表在国际杂志Advanced Materials Technologies上题为“E-FLOAT： Extractable Floating Liquid Gel-Based Organ-on-a-Chip for Airway Tissue Modeling under Airflow”的研究报告中，来自多伦多大学等机构的科学家们通过研究开发了一种新技术，其或能将微流体设备与新型气流系统结合从而来模拟肺部气道；该技术或能使得科学家和工程师们进行颗粒暴露实验从而来检查空气污染对机体呼吸系统健康的病理学影响效应。

在E-FLOAT设备中，肺细胞能悬浮在水凝胶中从而模拟其在正常肺组织中的生长方式。

图片来源：Siwan Park and Edmond W. K. Young

这种芯片上的微粒体设备被称为E-FLOAT，其是一种易于进行修饰的系统，科学家能在一种类似于肺部组织的悬浮水凝胶中促进这种肺部细胞生长。研究人员通过对热塑性塑料层进行微铣削和粘合开发了这种新设备，其包括一种能用于生长细胞的特殊通道几何形状，与该设备相连的气流系统则能产生各种流速的温暖和湿润的空气来模拟人类的呼吸。研究者表示，肺部气道组织能在实验室中进行微型工程化修饰，研究者将其暴露在多种环境状况下（包括气流和污染物），随后将其提取出来进一步分析，这就好像其是一种真正的肺部组织样本一样。

在许多现有的技术迭代中，微流体设备上生长的细胞仅限于进行芯片分析来评估外部刺对其所产生的影响，比如气流对细胞健康的影响等，这或许就限制了研究人员进行的其它分析；尽管科学家们能从设备中将这些细胞移除，但这一过程或许就会改变细胞和组织的空间位置，尤其会使得研究结果出现偏差。研究者Park说道，E-FLOAT的优势之一就在于其能提取仿生气道组织，从而就能帮助研究者通过一系列广泛的成像技术来进行更为深入的研究。

图片来源：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admt.202100828

研究者能通过控制气流成功地将空气中的颗粒输送到气道细胞上，从而就能模拟空气污染物如何与肺部细胞相互作用，随后他们提取出了整个水凝胶并分析颗粒与细胞之间的相互作用。研究者表示，我们对使用提取的水凝胶来获得组织学切片的惊人图像感到特别兴奋，其不仅看起来很美，而且我们还相信其在组织学和病理学的角度或许也具有非常重要的意义；此外，依赖于研究者如何在E-FLOAT中设计细胞-基质之间的相互作用，如今研究人员或许就能获取关于多细胞起到组织更为精确的生理学表现。

未来研究人员计划利用这项新技术来研究诸如哮喘等人类肺部疾病，尤其是在空气污染存在时，同时研究者还希望能在药物开发过程中将其作为临床前的研究模型。尽管后期还有很多研究需要完成，但目前研究者希望能通过联合研究来在未来实现这一计划。综上，本文研究结果表明，E-FLOAT技术或能允许研究者实现芯片上分析，同时还能允许通过免疫细胞化学、显微镜和组织学切片机染色进行完整的样本提取和片外分析，从而就能扩大可食用的生物检测的数量和类型，以及能够进行解决的问题。（生物谷Bioon.com）

原始出处：

Siwan Park, Edmond W. K. Young. E‐FLOAT: Extractable Floating Liquid Gel‐Based Organ‐on‐a‐Chip for Airway Tissue Modeling under Airflow, Advanced Materials Technologies (2021). DOI:10.1002/admt.202100828