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3D建模可以揭示致命性肺疾病的新疗法

密歇根大学研究人员建立的一种3D生物工程化的肺组织模型正在数十年的平皿中观察到孔洞,以观察致命疾病肺纤维化的进展情况。

肺纤维化的原因尚不完全清楚,但该病的特征是在肺内部形成的疤痕组织。疤痕组织会使称为肺泡的肺囊壁变硬,或者在晚期阶段会完全充满肺泡腔。两种情况都使呼吸困难并减少了进入血液的氧气量。通常情况是不可逆的,最终导致肺衰竭和死亡。

一些临床医生担心,重症监护病房的COVID-19患者长期留在ICU后可能会出现某种形式的肺纤维化。

研究人员正在寻找更好的治疗方法。尽管他们设法找到一些可缓解症状或减慢其发展速度的药物,但他们仍无法在当今的2D实验室模型中可靠地复制这些结果。因此,他们不了解这些药物的工作方式或原因,也无法始终预测哪些化合物会有所作为。UM的新研究朝着这个方向迈出了一步,它鲜明地证明了先前的方法是如何无效的。

研究小组表明,在某些2D模型中,已知对治疗有效的药物不会产生显示功效的测试结果。然而,他们的3D组织工程化纤维化肺组织模型显示这些药物有效。

在进行药物测试之前,他们首先进行了研究,以了解组织硬度如何驱动成肌纤维细胞(与瘢痕形成相关的细胞)的外观。

博士候选人和研究小组成员丹尼尔·马泰拉(Daniel Matera)表示:“即使是同一位患者的细胞,我们也会看到不同的结果。”“当我们在2D测试环境中引入刚度时,它会激活肌纤维母细胞,实质上会产生疤痕组织。当我们在3D测试环境中引入相同类型的刚度时,它会阻止或减慢肌纤维母细胞的激活,阻止或减缓疤痕的产生。组织。”

他说,由于大多数肺纤维化研究都依赖于2D测试,因此许多人认为患者的高肺硬度是治疗的目标。UM的研究表明,仅针对刚度就不能阻止患者的疾病进展,即使它在皮氏培养皿中也能起作用。

为了找到有效的治疗方法,研究人员首先筛选了药物化合物库。如今,他们通常在平坦的塑料或水凝胶表面上培养的细胞上进行此操作,但是这些设置通常在重建人体中发生的事情上做得很差。

UM生物医学工程系的助理教授Brendon Baker及其团队采用了组织工程学方法。他们重建了3D肺间质或结缔组织,即成纤维细胞的所在地和纤维化开始的位置。他们的目标是了解来自肺组织的机械提示如何影响成纤维细胞的行为和疾病的进展。

贝克说:“重建肺间质的3D纤维结构使我们得以确认在传统筛查环境中无法鉴定为有效药物的有效药物。”

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