在芯片上呼吸:动态的流动和拉伸加速了气道上皮的粘膜成熟in vitro

科学领域:

• 生物医学工程 生物医学工程
• 细胞生物学 细胞生物学
• 呼吸系统医学 呼吸系统医学

背景情况:

• 人的肺功能取决于血液流动和呼吸周期.
• 这些动态因素对呼吸道上皮细胞生物学的影响尚未完全理解.
• 传统的静态细胞培养不能完全复制体内肺环境.

研究的目的:

• 开发和验证一个器官芯片系统,用于研究对人类呼吸道上皮细胞的动态影响.
• 为了研究机械刺激,如空气流和拉伸如何影响细胞分化和成熟.
• 在生理学上相关的背景下,模拟粘膜细胞清除和炎症反应.

主要方法:

• 利用一种新的器官芯片装置培养人类呼吸道原发性上皮细胞.
• 应用动态介质 perfusion,空气流和机械拉伸到细胞培养物.
• 结果与传统的静态细胞培养方法进行比较.
• 分析了细胞分化,极化,粘膜清除,蛋白质分泌和基因表达.

主要成果:

• 与静态培养相比,透培养显示出粘膜清除的加速成熟和两极分化.
• 空气流和拉伸增强了粘膜清除对应流的两极分化.
• 机械刺激减少了诸如白素-8之类的炎症蛋白质的分泌.
• 细胞外矩阵因子的基因表达减少,包括矩阵金属蛋白酶 (MMP) 9和纤维菌素.

结论:

• 类似于呼吸的机械刺激对于调节气道上皮细胞分化和成熟至关重要.
• 器官芯片模型为研究肺生理和疾病提供了一个平台.
• 这项技术可用于生成特定气道上皮病理的模型,例如粘膜细胞功能障碍.