Что такое иммунокомпетентный легочный чип?
В последние годыОрган-он-чип) Он стал одной из самых перспективных платформ для изучения функций тела и болезней. Это микрофлюдоидное устройство (миниатюрная система с каналами управления жидкости), изготовленное из гибкого прозрачного полимера, в котором культивируются клетки человека. Чип — это размер почтовой марки, но содержит микроканали и мембраны, которые напоминают структуру органов. Легкие особенно сложно моделировать, потому что он сочетает в себе деликатную ткань, непрерывное дыхательное движение и тесную связь с иммунной системой.
Именно здесь наступает прорыв — на чипе была создана модель легких, которая впервые включает в себя рабочую иммунную систему. Это позволяет не только механическое расширение и сокращение легочной ткани и движение жидкостей в протоках, но и реакцию органа при столкновении с инфекционным агентом. В этой системе иммунные клетки не только испытывают определенное время, но и остаются жизнеспособными, циркулируют в микроскопических сосудистых структурах и взаимодействуют с эпителиальными клетками. Таким образом, легочный чип приближается к фактической физиологии органа и создает условия для изучения процессов, которые до сих пор можно наблюдать только в живом организме. Изучение этого прорыва было опубликовано в SP. Природная биомедицинская инженерияС
Какие заболевания можно изучить с помощью этой технологии?
Первоначально новый чип вводился для проверки тяжелой инфекции гриппа. Вирус вводится в микроканали системы, где расположены клетки легких и иммунные компоненты. Это отслеживает движение иммунных клеток в область инфекции, развитие воспалительного процесса и активацию защитных механизмов. Наблюдаемые реакции соответствуют реакциям в клинических случаях, что указывает на то, что модель воспроизводит реальную биологию заболевания. Однако применение иммунокомпетентного легочного чипа не ограничивается гриппом. Ожидается, что платформа будет ценным инструментом в других легочных условиях:
- Астмав котором ведет хроническое воспаление дыхательных путей;
- Муковисцидозсвязано с накоплением толстых выделений и рецидивирующих инфекций;
- Легочная карциномагде важно понимать взаимодействие между опухолью и иммунными клетками;
- Туберкулезв котором длительный иммунный ответ определяет курс и прогноз заболевания.
Кроме того, развиваются подходы к участию иммунных органов, таких как лимфатические узлы и костный мозг. Это создает возможность контролировать не только локальный иммунный ответ в легких в инфекции, но и его взаимодействие с остальной иммунной системой.
В течение долгого времени заболевания легких были проверены в основном через эксперименты на животных. Однако этот подход имеет серьезные ограничения, поскольку физиология и иммунный ответ у животных значительно отличаются от людей. Например, у мышей не развивается астма с теми же характеристиками, что и у детей, и их реакции на вирусные инфекции часто не соответствуют наблюдаемой клинической практике. Следовательно, передача результатов таких исследований в области медицины является неопределенной.
Чип легких, состоящий из клеток человека, позволяет отслеживать индивидуальные характеристики иммунного ответа. Это важно для развития персонализированной медицины, в которой лечение соответствует особенностям конкретного организма. Дополнительным преимуществом является то, что технология соответствует желанию регулирующих органов ограничить использование животных в биомедицинских исследованиях.
Какое будущее технологии?
Длительное зрение состоит в том, чтобы построить чипы клеток конкретного человека. Это позволяет заранее определить, какая терапия будет наиболее эффективной, и избежать введения неэффективных лекарств. Этот подход обеспечивает более быстрое и более точное суждение о лечении тяжелых вирусных инфекций, онкологических заболеваний или хронических воспалительных состояний.
Проблемы внедрения технологий в практику связаны с демонстрацией ее эффективности в клинических исследованиях, увеличивая масштаб производства чипа легких и получение одобрения регулирующих органов для его применения. Тем не менее, разработка технологий направлена на медицину, которая предсказывает и предотвращает осложнения, а не реагирует только после того, как они проявились.
Ссылки:
1. Ringquist R, Bhatia E, Chatterjee P, et al. Иммунокомпетентный легкий на чипе для моделирования реакции на инфекцию тяжелого гриппа человека. Nat Biomed Eng. 2025. DOI: 10.1038/S41551-025-01491-9.
2. Ingber de. Органы человека на ципсах для моделирования заболеваний, разработки лекарств и персонализированной медицины. Nat Rev Genet. 2022; 23 (8): 467-491. Doi: 10.1038/s41576-022-00466-9.
3. Low LA, Mummery C, Berridge BR, Austin CP, Tagle DA. Organs-on-chips: в следующее десятилетие. Nat Rev Drug Discov. 2021; 20 (5): 345-361. Doi: 10.1038/s41573-020-0079-3.