基于可拉伸生物膜的肺器官芯片

目的肺部疾病(如慢性阻塞性肺疾病、哮喘、癌症和肺纤维化等)对全球人类健康构成严重威胁。常用的动物模型通常不能很好地预测人类的毒理学反应,传统的二维细胞模型往往无法重现体内生物物理和细胞微环境的复杂性。因此,非常需要开发一种先进的肺器官芯片模型,更好地模拟人体肺泡的三维结构和功能。方法从仿生角度出发,根据肺组织的解剖结构和所处的动态呼吸环境,设计了一种基于PDMS和明胶甲基丙烯酰水凝胶(GelMA)制成的可拉伸和可生物降解仿生膜的肺器官芯片。生物膜可通过简单的方法制成,并且易于调整以改变其厚度和刚度。结果该可拉伸生物膜呈圆形孔洞结构,很好地模拟了人体肺泡的尺寸与结构。明胶甲基丙烯酰水凝胶(GelMA)具有良好的生物相容性和可调理化性能,结合肺上皮和血管内皮细胞的共培养,更好地实现了肺泡-毛细血管屏障的重建。仿生膜可控的机械性能可通过芯片控制单元实现呼吸运动的仿真,实现与真实肺泡同频率和幅度的扩张和收缩,更好地模拟了人肺泡的三维结构和功能。结论设计与构建该肺器官芯片模型可以为肺疾病的预防和药物开发提供更为精确有效的平台,同时大大减少了伦理上有争议的动物试验。