?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(bào)道，中國科學(xué)院昆明動(dòng)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(tuán)隊(duì)與該所鄭永唐研究員團(tuán)隊(duì)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(jī)制研究和快速藥物評(píng)價(jià)等提供新策略和新技術(shù)。相關(guān)研究成果發(fā)表于《先進(jìn)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(dòng)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(duì)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(jìn)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(duì)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(jì)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(jī)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(duì)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(gè)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(xiàng)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(jìn)一步開展新冠病毒感染實(shí)驗(yàn)。研究者從人體肺組織復(fù)雜結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn)出發(fā)，在具有多層分腔設(shè)計(jì)的可灌注微芯片中模擬人體肺泡組織微環(huán)境；實(shí)驗(yàn)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(dòng)態(tài)共培養(yǎng)，建立包含多種人源細(xì)胞、機(jī)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(shí)驗(yàn)。

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(jī)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(jì)算，人肺泡上皮細(xì)胞呈現(xiàn)更強(qiáng)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(duì)抗病毒化合物的藥效進(jìn)行初步測試和評(píng)價(jià)。

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(diǎn)，可以得到傳統(tǒng)方法難以獲取的動(dòng)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(jī)理研究。

關(guān)于中國科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所

中國科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所（簡稱：昆明動(dòng)物所）是我國生物多樣性演化、保護(hù)與可持續(xù)利用領(lǐng)域的綜合性研究機(jī)構(gòu)。昆明動(dòng)物所現(xiàn)有研究團(tuán)隊(duì)41個(gè)。擁有“遺傳資源與進(jìn)化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”、“中國科學(xué)院動(dòng)物模型與人類疾病機(jī)理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”2個(gè)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(jī)理聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室”。

建設(shè)有“云南省動(dòng)物模型與人類疾病機(jī)理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”、“云南省活性多肽研究與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”等4個(gè)省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，“國家昆明高等級(jí)生物安全靈長類動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心（P3實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)動(dòng)物資源庫”、“中國科學(xué)院昆明靈長類研究中心”等8個(gè)支撐機(jī)構(gòu)與技術(shù)平臺(tái)，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(gè)野外臺(tái)站。與云南省合作共建昆明動(dòng)物博物館，館藏各類動(dòng)物標(biāo)本約90萬號(hào)，是我國西南地區(qū)規(guī)模最大、收藏量最為豐富的動(dòng)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(yù)稱號(hào)。

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(gè)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(shí)創(chuàng)新工程首批試點(diǎn)單位之一。2007年經(jīng)國家批準(zhǔn)籌建潔凈能源國家實(shí)驗(yàn)室。

2010年8月，大連化物所在“創(chuàng)新2020”發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)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(qiáng)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(jiān)持資源環(huán)境優(yōu)化、生物技術(shù)和先進(jìn)材料創(chuàng)新協(xié)調(diào)發(fā)展，在國民經(jīng)濟(jì)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(diǎn)學(xué)科領(lǐng)域?yàn)椋捍呋瘜W(xué)、工程化學(xué)、化學(xué)激光和分子反應(yīng)動(dòng)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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