?中科院利用器官芯片技術(shù)模擬新冠病毒感染誘發(fā)肺損傷和免疫反應(yīng)等

據(jù)麥姆斯咨詢報道，中國科學(xué)院昆明動物研究所官方網(wǎng)站2021年1月13日發(fā)布消息稱，中科院大連化學(xué)物理研究所秦建華研究員團隊與該所鄭永唐研究員團隊合作，利用器官芯片技術(shù)建立了一種體外肺器官微生理系統(tǒng)，模擬新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）感染人體導(dǎo)致的肺組織損傷和免疫反應(yīng)等，為新型冠狀病毒致病機制研究和快速藥物評價等提供新策略和新技術(shù)。相關(guān)研究成果發(fā)表于《先進科學(xué)》（Advanced Science）上。

新型冠狀病毒感染已導(dǎo)致全球大流行。肺臟是該病毒感染的主要靶器官。當(dāng)前，新型冠狀病毒肺炎的臨床治療多以綜合治療為主，但仍缺乏特效藥物。盡管前期已有細(xì)胞和動物模型用于新冠病毒研究，但在一定程度上仍存在諸多局限?，F(xiàn)階段，仍缺少能夠在組織器官水平反映人體對新冠病毒感染響應(yīng)的研究模型，這也是嚴(yán)重制約當(dāng)前新冠病毒藥物研發(fā)進程的瓶頸之一。

人體器官芯片是一門新興的前沿科學(xué)技術(shù)，也是一門典型的多學(xué)科交叉匯聚技術(shù)，對人類健康和生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義，吸引了來自政府、科學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注，被2016年達(dá)沃斯世界經(jīng)濟論壇列為"十大新興技術(shù)"之一。人體器官芯片指的是一種在載玻片大小芯片上構(gòu)建的器官生理微系統(tǒng)，包含有活體細(xì)胞、組織界面、生物流體和機械力等器官微環(huán)境關(guān)鍵要素。它可在體外模擬人體不同組織器官的主要結(jié)構(gòu)功能特征和復(fù)雜的器官間聯(lián)系，用以預(yù)測人體對藥物或外界不同刺激產(chǎn)生的反應(yīng)，在生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)研究、新藥研發(fā)、個性化醫(yī)療、毒性預(yù)測和生物防御等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。

在此項研究中，中國科學(xué)院的研究人員首先利用器官芯片技術(shù)仿生構(gòu)建人體肺泡功能單元，并進一步開展新冠病毒感染實驗。研究者從人體肺組織復(fù)雜結(jié)構(gòu)與功能特點出發(fā)，在具有多層分腔設(shè)計的可灌注微芯片中模擬人體肺泡組織微環(huán)境；實驗中，在芯片多孔膜兩側(cè)（肺泡側(cè)/血管側(cè)）的微腔內(nèi)，通過人肺泡上皮細(xì)胞、肺微血管內(nèi)皮細(xì)胞和人外周血免疫細(xì)胞的動態(tài)共培養(yǎng)，建立包含多種人源細(xì)胞、機械流體和組織界面等復(fù)雜因素的功能性肺泡-毛細(xì)血管屏障，然后開展芯片上的新冠病毒感染實驗。

結(jié)果顯示，當(dāng)芯片上肺泡側(cè)上皮細(xì)胞暴露于新冠病毒后，上皮細(xì)胞內(nèi)可見大量病毒復(fù)制，并出現(xiàn)肺組織屏障完整性破壞。轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，新型冠狀病毒感染在兩種細(xì)胞中觸發(fā)不同的響應(yīng)機制，分別激活了上皮細(xì)胞中I型干擾素通路和內(nèi)皮細(xì)胞中JAK-STAT通路等。根據(jù)病毒載量計算，人肺泡上皮細(xì)胞呈現(xiàn)更強的病毒易感性，是病毒復(fù)制的主要場所，而人肺微血管內(nèi)皮細(xì)胞中病毒載量較低，提示病毒可能通過感染肺上皮細(xì)胞間接影響內(nèi)皮細(xì)胞。

此外，研究發(fā)現(xiàn)，病毒感染還可導(dǎo)致芯片血管側(cè)人外周血免疫細(xì)胞在血管內(nèi)皮細(xì)胞上的粘附增加，并釋放大量炎癥因子，提示新冠病毒感染肺組織可能通過激活人體免疫細(xì)胞釋放大量炎癥因子，誘發(fā)肺微血管內(nèi)皮損傷。利用該模型，研究者還對抗病毒化合物的藥效進行初步測試和評價。

該研究利用器官芯片技術(shù)，建立基于組織水平的人類新冠肺炎疾病模型，在體外模擬新冠病毒感染導(dǎo)致的肺屏障功能障礙、免疫細(xì)胞粘附、炎癥因子釋放和肺內(nèi)皮細(xì)胞損傷等一系列關(guān)鍵病理生理過程，反映新冠病毒感染中多細(xì)胞復(fù)雜因素參與介導(dǎo)的病原—宿主相互作用。這種模型系統(tǒng)具有建模周期短、成本低、人源性和易于監(jiān)測等特點，可以得到傳統(tǒng)方法難以獲取的動態(tài)生物學(xué)信息，并可延伸用于多器官累及的新冠肺炎機理研究。

關(guān)于中國科學(xué)院昆明動物研究所

中國科學(xué)院昆明動物研究所（簡稱：昆明動物所）是我國生物多樣性演化、保護與可持續(xù)利用領(lǐng)域的綜合性研究機構(gòu)。昆明動物所現(xiàn)有研究團隊41個。擁有“遺傳資源與進化國家重點實驗室”、“中國科學(xué)院動物模型與人類疾病機理重點實驗室”2個主要研究單元，與香港中文大學(xué)聯(lián)合共建“生物資源與疾病分子機理聯(lián)合實驗室”。

建設(shè)有“云南省動物模型與人類疾病機理重點實驗室”、“云南省活性多肽研究與利用重點實驗室”等4個省級重點實驗室，“國家昆明高等級生物安全靈長類動物實驗中心（P3實驗室）”、“國家發(fā)改委天然活性多肽國家地方聯(lián)合工程研究中心”、“國家非人靈長類實驗動物資源庫”、“中國科學(xué)院昆明靈長類研究中心”等8個支撐機構(gòu)與技術(shù)平臺，以及“云南無量山西黑冠長臂猿監(jiān)測站”和“云南大山包黑頸鶴監(jiān)測站”2個野外臺站。與云南省合作共建昆明動物博物館，館藏各類動物標(biāo)本約90萬號，是我國西南地區(qū)規(guī)模最大、收藏量最為豐富的動物專題博物館，先后被授予“全國科普教育基地”、“云南省生態(tài)文明教育基地”等榮譽稱號。

關(guān)于中科院大連化學(xué)物理研究所

中科院大連化學(xué)物理研究所（簡稱：大連化物所）創(chuàng)建于1949年3月，是一個基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究并重、應(yīng)用研究和技術(shù)轉(zhuǎn)化相結(jié)合，以任務(wù)帶學(xué)科為主要特色的綜合性研究所。七十多年來，大連化物所通過不斷積累和調(diào)整，逐步形成了自己的科研特色。1998年，大連化物所成為中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程首批試點單位之一。2007年經(jīng)國家批準(zhǔn)籌建潔凈能源國家實驗室。

2010年8月，大連化物所在“創(chuàng)新2020”發(fā)展戰(zhàn)略研討會中將所發(fā)展戰(zhàn)略修訂為“發(fā)揮學(xué)科綜合優(yōu)勢，加強技術(shù)集成創(chuàng)新，以可持續(xù)發(fā)展的能源研究為主導(dǎo)，堅持資源環(huán)境優(yōu)化、生物技術(shù)和先進材料創(chuàng)新協(xié)調(diào)發(fā)展，在國民經(jīng)濟和國家安全中發(fā)揮不可替代的作用，創(chuàng)建世界一流研究所?！?大連化物所重點學(xué)科領(lǐng)域為：催化化學(xué)、工程化學(xué)、化學(xué)激光和分子反應(yīng)動力學(xué)以及近代分析化學(xué)和生物技術(shù)。

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原文標(biāo)題：中科院利用器官芯片技術(shù)模擬新冠病毒感染誘發(fā)肺損傷和免疫反應(yīng)

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