12:00 
Исследователи из Института Фрэнсиса Крика и AlveoliX разработали первую человеческую модель «легкое на чипе» с использованием стволовых клеток, взятых только у одного человека.
Эти чипы имитируют дыхательные движения и заболевания легких у человека, обещая тестирование методов лечения таких инфекций, как туберкулез (ТБ), и предоставление персонализированной медицины.
Воздушные мешочки в легких, называемые альвеолами, являются важным местом газообмена, а также важным барьером против вдыхаемых вирусов и бактерий, вызывающих респираторные заболевания, такие как грипп или туберкулез.
Исследователи работают над воссозданием битвы между клетками человека и бактериями в лаборатории, создавая «легкое на чипе»: небольшие единицы человеческого легкого на пластиковом чипе, содержащем крошечные каналы и отсеки. В этом случае они стремились воссоздать воздушные мешочки, чтобы понять, как они реагируют на инфекцию.
До сих пор эти устройства «легкое на чипе» были изготовлены из смесии коммерчески доступных клеток, что означает, что они не могут полностью воспроизвести функцию легких или прогрессирование заболевания у одного человека.
В исследовании, опубликованном сегодня в Science Advances, команда Crick разработала новую модель «легкое на чипе», которая содержит только генетически идентичные клетки, полученные из стволовых клеток от одного донора.
Основываясь на протоколе, разработанном ранее лабораторией, команда получила альвеолярные эпителиальные клетки типа I и II и сосудистые эндотелиальные клетки из индуцированных человеком плюрипотентных стволовых клеток, клеток, которые могут практически стать любой клеткой в организме. Эти эпителиальные и эндотелиальные клетки отдельно выращивают на верхней и нижней частях очень тонкой мембраны в устройстве, изготовленном биотехнологической компанией AlveoliX для воссоздания барьера воздушного мешка.
Для дальнейшего моделирования человеческого легкого AlveoliX разработала специализированные машины для наложения ритмичных трехмерных растягивающих сил на воссозданный барьер воздушного мешка, имитируядыхание. Это стимулирует образование микроворсинок, ключевой особенности альвеолярных эпителиальных клеток для увеличения площади поверхности для функций легких (изображение).
Затем ученые добавили иммунные клетки, называемые макрофагами, в чип, снова полученный из стволовых клеток того же донора, перед добавлением бактерий туберкулеза для имитации ранних стадий заболевания.
В чипах, инфицированных туберкулезом, команда сообщила о больших кластерах макрофагов, содержащих «некротические ядра», группу мертвых макрофагов в центре, окруженных живыми макрофагами. В конце концов, через пять дней после заражения эндотелиальные и эпителиальные клеточные барьеры рухнули, показав, что функция воздушного мешка нарушилась.
Макс Гутьеррес, главный руководитель группы по взаимодействию хозяина и патогена в лаборатории туберкулеза в Crick и старший автор, сказал: «Учитывая растущую потребность в технологиях, не связанных с животными, подходы« орган-на-чипе »становятся все более важными для восстановлениясистем человека, избегая различий в анатомии легких, составе иммунных клеток и развитии заболеваний между животными и людьми.
«Состоящие из полностью генетически идентичных клеток, чипы могут быть построены из стволовых клеток людей с определенными генетическими мутациями. Это позволит нам понять, как инфекции, такие как туберкулез, повлияют на человека, и проверить эффективность таких методов лечения, как антибиотики."
Туберкулез - это медленно протекающее заболевание с месяцами между заражением и развитием симптомов, поэтому растет потребность в понимании того, что происходит на невидимых ранних стадиях.
Мы смогли успешно имитировать эти начальные события в прогрессировании ТБ, давая целостную картину того, как различные клетки легких реагируют на инфекции. Мы рады, что новая модель может быть применена к огромному спектру исследований, таких как другие респираторные инфекции или рак легких, и теперь мы рассматриваем возможность усовершенствования чипа путем включения другихr важные типы клеток."
Jakson Luk, постдокторант в лаборатории взаимодействия хозяина и патогена при туберкулезе и первый автор
