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基于微流控技术的肺芯片模型在肺癌研究中的应用

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中华实验外科杂志 2023年第8期40卷 1649-1653页

作者：卢潇邹正浩澜林慧庆武汉大学第一临床学院武汉430060 武汉大学人民医院胸外科武汉430060

肺癌是全球死亡率最高的癌症, 严重威胁我国人民群众的生命健康。基于我国对肺癌精准诊疗的需求和研究现状, 针对早期肺癌的精准诊断、治疗后复发监测、靶向与免疫治疗耐药等问题, 需要提出针对患者的个体化解决方案并提供敏感性药物, ... 详细信息

肺癌是全球死亡率最高的癌症, 严重威胁我国人民群众的生命健康。基于我国对肺癌精准诊疗的需求和研究现状, 针对早期肺癌的精准诊断、治疗后复发监测、靶向与免疫治疗耐药等问题, 需要提出针对患者的个体化解决方案并提供敏感性药物, 这需要为临床提供能够针对患者肿瘤组织病理和分子分型特点的研究模型。基于微流控技术的器官芯片模型将类器官培养技术与微流控技术相结合, 可以在3D培养的同时, 以组织工程技术和微制造技术来模拟人体器官的基本结构, 探究更为细致的生理病理反应;还能通过微流体控制和生物传感技术来进行更为快速高效的个性化药敏测试。该模型的出现极大地推动了肺癌领域的研究进展, 本文将对近几年基于微流控技术的肺芯片模型在肺癌研究中的应用进行综述, 并展望该技术在未来的发展。

关键词：微流控芯片肺芯片肺癌

基于PLGA纳米纤维膜肺器官芯片的构建与应用

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基于PLGA纳米纤维膜肺器官芯片的构建与应用

作者：杨兴远上海大学

学位级别：硕士

传统的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)纳米纤维膜作为组织工程支架进行体外细胞培养,虽可提供近三维细胞培养环境,但却无法充分模拟具有复杂生物化学及生物物理因素的细胞微环境。目前,基于微流控技术的器官芯片为克服上述缺陷提供了新的... 详细信息

传统的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)纳米纤维膜作为组织工程支架进行体外细胞培养,虽可提供近三维细胞培养环境,但却无法充分模拟具有复杂生物化学及生物物理因素的细胞微环境。目前,基于微流控技术的器官芯片为克服上述缺陷提供了新的研究思路。微流控芯片技术是一种新兴的流体操控技术,业已广泛应用于材料、生物、化学等基础及交叉学科领域。而由微流控芯片发展而来的器官芯片是一种可模拟人类器官结构与功能的仿生微系统,或可成为替代动物模型用于药物研发、精准医疗等的新型体外模型。本论文主要以器官芯片技术为基础,以肺器官为对象,通过制备PLGA纳米纤维膜、PLGA纳米纤维/PDMS微孔复合膜,用于体外模拟肺泡呼吸膜,构建新型肺芯片,具体内容如下:(1)开展了基于PLGA纳米纤维膜肺芯片的构建与应用。具体包括:利用软光刻技术制备聚二甲基硅氧烷(PDMS)微流控芯片,利用静电纺丝技术制备直径均匀、厚度可控的PLGA纳米纤维膜,并将PDMS微流控芯片与PLGA纳米纤维膜有机结合构成双层肺芯片。在该芯片上实现了肺癌细胞、肺成纤维细胞、血管内皮细胞等的三维培养和共培养,开展了EGFR靶向抗肿瘤药物吉非替尼的药物评价,探索了肺癌细胞在共培养情况下耐药性产生的原因等。(2)开展了基于PLGA纳米纤维/PDMS微孔复合膜肺芯片的构建与应用。具体包括:利用软光刻技术制备PDMS微流控芯片及PDMS镂空微孔薄膜,利用静电纺丝技术制备将PLGA纳米纤维与PDMS镂空微孔薄膜相结合,得到复合薄膜并组成多层肺芯片。在该芯片上实现了极低流速毛细管血流和肺泡囊状结构的模拟,开展了常氧、缺氧条件下EGFR靶向抗肿瘤药物吉非替尼的药物敏感度检测。

关键词：器官芯片微流控芯片纳米纤维肺芯片药物评价

用于高分辨率成像的肺器官芯片构建及肺炎模型应用研究

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集成技术 2021年第4期10卷 126-136页

作者：辛颖徐宝琪王军杰张荣荣温慧王金娟梁帆金帆梁卓黄建东黄术强中国科学院深圳先进技术研究院深圳合成生物学创新研究院中国科学院定量工程生物学重点实验室广东省合成基因组学重点实验室深圳518055 广东医科大学东莞523808 香港大学理学院统计及精算学系中国香港999077 香港大学李嘉诚医学院生物医学学院中国香港999077

肺是人体呼吸系统的重要组成部分,气道上皮是肺与外界接触的第一道屏障,参与抵御外来的颗粒物、病原体等,可将异物以痰的形式排出体外,对维护呼吸道正常功能起到至关重要的作用。常用的体外细胞培养模型和哺乳动物模型尚不能完全模拟人... 详细信息

肺是人体呼吸系统的重要组成部分,气道上皮是肺与外界接触的第一道屏障,参与抵御外来的颗粒物、病原体等,可将异物以痰的形式排出体外,对维护呼吸道正常功能起到至关重要的作用。常用的体外细胞培养模型和哺乳动物模型尚不能完全模拟人体肺-气道微环境,在人体细胞与病原体相互作用研究和药物研发应用方面具有一定的局限性。该研究设计制作了一种基于微流控技术的双通道肺器官芯片,通过改进制备工艺使其能够满足高倍镜极短工作距离的要求,用于高分辨率成像;实现了模拟人体肺-气道微环境的气液界面气道上皮培养,并且能够实时观察细胞与细菌的共培养过程,为体外研究气道上皮和病原微生物的相互作用提供一个有力平台。

关键词：肺芯片微流控高分辨率成像铜绿假单胞菌肺炎模型

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人源性肺纤维化芯片的构建及其评价

人源性肺纤维化芯片的构建及其评价

作者：曾佑敏南方医科大学

学位级别：硕士

研究背景:肺纤维化包括以进行性纤维化为特征的几种肺部疾病,其中特发性肺纤维化(IPF)尤其严重,诊断后中位生存时间为3-5年,目前FDA批准用于治疗IPF的药物仅两种,且这两种药物只能延缓疾病进展,不能逆转纤维化。尽管一些药物的抗纤维化... 详细信息

研究背景:肺纤维化包括以进行性纤维化为特征的几种肺部疾病,其中特发性肺纤维化(IPF)尤其严重,诊断后中位生存时间为3-5年,目前FDA批准用于治疗IPF的药物仅两种,且这两种药物只能延缓疾病进展,不能逆转纤维化。尽管一些药物的抗纤维化作用在2D细胞培养、3D模型、博来霉素诱导的小鼠肺纤维化模型中得到证实,但只有少数化合物在临床试验中显示出其对IPF的有益作用,可能归结于2D细胞培养结构简单,3D模型缺乏组织-组织界面、机械信号和液体流动,动物模型存在种属差异,从而导致药物进入临床的高失败率。因此,选择一种合适的临床前模型以改善肺纤维化的研究具有实际意义,以更好地表征肺纤维化的疾病特征。器官芯片,具有3D性质;能实现多种细胞类型的整合,以反映更多的细胞(如实质细胞、基质细胞、血管细胞和免疫细胞)的生理平衡,以及被建模组织相关的生物力学力的存在(如肺组织的拉伸力或血管组织的血流动力学剪切力)。基于器官芯片的种种优点,建立更完善的肺纤维化芯片模型,为肺纤维化的研究提供一个新的平台。目的:试图建立人源性肺纤维化芯片模型,该模型具备典型的肺泡-毛细血管屏障,实现气液培养,模拟肺纤维化发生中的炎症反应、胶原沉积、上皮间充质转化等特征,为探索新的抗纤维化治疗方法搭建仿生平台。方法:建立肺芯片,免疫荧光和渗透性检测评估肺泡-毛细血管屏障的完整性,再以转化生长因子β1作为肺纤维化的诱发因素,在肺芯片的基础上,诱导肺纤维化模型,探索最佳的诱导纤维化的时间,并对其功能状态及纤维化特征进行检测,评估诱导肺纤维化的效果。结果:1.肺芯片中的肺泡-毛细血管界面具有完整的结构和功能,表达细胞间连接蛋白和表面活性蛋白;2.肺纤维化芯片中IL-6的变化具有阶段差异,能体现纤维化发展中的炎症反应,TGF-β 1处理96 h后,α-SMA 阳性表型增加明显,细胞外基质中胶原沉积明显,Coll和FN1的荧光染色表达增强。结论:1.本课题建立的肺芯片具有完整的肺泡-毛细血管屏障。2.本课题建立的人源性肺纤维化芯片模型概括了肺纤维化疾病的重要特征,包括炎症反应、α-平滑肌肌动蛋白阳性表型、细胞外基质的沉积,以10 ng/ml的TGF-β 1处理96 h效果更佳,可以作为药物筛选的平台,具有重要的临床应用价值。

关键词：肺芯片肺纤维化肺纤维化芯片疾病模型

微流控芯片技术在急性呼吸窘迫综合征中的研究进展

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中国医刊 2024年第4期59卷 364-369页

作者：彭欣玥何耀红首都医科大学附属复兴医院北京100038

急性呼吸窘迫综合征(ARDS)是以广泛的肺泡-毛细血管内皮损伤为主要病理改变、以进行性呼吸困难和顽固性低氧血症为临床表现,具有全身炎症反应特征的临床综合征。ARDS发病急,进展快,死亡率极高。在针对ARDS的新药研发和治疗方法的探索中... 详细信息

急性呼吸窘迫综合征(ARDS)是以广泛的肺泡-毛细血管内皮损伤为主要病理改变、以进行性呼吸困难和顽固性低氧血症为临床表现,具有全身炎症反应特征的临床综合征。ARDS发病急,进展快,死亡率极高。在针对ARDS的新药研发和治疗方法的探索中,现有的体外模型如细胞、动物、类器官等在模拟ARDS真实性方面具有一定的局限性,而基于微流控技术的肺芯片是一种用于体外构建人体器官生理病理微环境的新技术,能更准确地模拟体内微环境,在ARDS等肺部疾病的研究工作中具有极大的应用潜力。该文综述了ARDS实验研究常用模型平台的优势与差别,重点介绍了肺芯片模型在ARDS中的研究进展。

关键词：急性呼吸窘迫综合征微流控芯片技术体外模型肺芯片