病毒獵手/國產器官芯片　透視新冠「毒招」

圖：模擬新冠病毒感染反應的「器官芯片」實物。\網絡圖片

你知道麼？器官也可以「種」在芯片上，用於預測人體對藥物或外界不同刺激產生的反應。大公報記者從中科院大連化物所獲悉，由該所秦建華研究員團隊與昆明動物所鄭永唐研究員團隊合作，利用「器官芯片」技術建立的一種體外肺器官微生理系統，已模擬了新冠病毒感染人體導致的肺組織損傷和免疫反應，可以得到傳統方法難以獲取的動態生物學信息，為新冠病毒致病機制研究和快速藥物評價提供了新策略與新技術。

目前，全球在新冠肺炎臨床治療上尚無特效藥，而缺少能在組織器官水平反映人體對病毒感染響應的研究模型，成為制約藥物研發進程的瓶頸之一。

新冠肺炎臨床表現輕重不一，主要有發熱、乏力、乾咳等，重症患者還可累及多個臟器，出現多器官功能衰竭。肺臟正是新冠病毒感染人類的主要靶器官。肺泡是人體肺臟的基本功能單位，其中肺泡─毛細血管屏障對於維持肺臟氣體交換和抵禦外界病原體感染至關重要。研究團隊首先利用器官芯片技術仿生構建了人體肺泡功能單元，並進一步開展新冠病毒感染實驗。

仿生肺泡融合多種學科

「器官芯片」融合了物理、化學、工程學和生物學等多學科方法，可在幾平方厘米大小的流控芯片上仿生構建多種人體組織器官的微縮模型，用來反映人體器官的關鍵結構與生物功能。特別是，它有可能在體外再現人體對多種外界因素刺激的響應，在生命科學研究、疾病研究和新藥研發等領域具有廣泛應用潛力。

秦建華、鄭永唐等研究員從人體肺組織複雜結構與功能特點出發，在具有多層分腔設計的可灌注微芯片中模擬人體肺泡組織微環境；實驗中，在芯片多孔膜兩側（肺泡側／血管側）的微腔內，通過人肺泡上皮細胞、肺微血管內皮細胞和人外周血免疫細胞的動態共培養，建立了包含多種人源細胞、機械流體和組織界面等複雜因素的功能性肺泡─毛細血管屏障，並進一步在中科院昆明動物所BSL-3實驗室內開展芯片上的攻毒試驗。

結果顯示，當芯片上肺泡側上皮細胞暴露於新冠病毒後，上皮細胞內可見大量病毒複製，並出現肺組織屏障完整性破壞。轉錄組分析發現，新冠病毒感染在兩種細胞中觸發不同的響應機制，分別激活了上皮細胞中I型干擾素通路和內皮細胞中JAK-STAT通路等。根據病毒載量計算，人肺泡上皮細胞呈現更強的病毒易感性，是病毒複製的主要場所，而人肺微血管內皮細胞中病毒載量較低，提示病毒可能通過感染肺上皮細胞間接影響內皮細胞。

建模周期短成本低易監測

此外，研究發現，新冠病毒感染肺組織可能通過激活人體免疫細胞釋放大量炎症因子，誘發肺微血管內皮損傷。利用此模型，研究團隊還對抗病毒化合物的藥效進行了初步測試和評價。

這種模型系統具有建模周期短、成本低、人源性和易於監測等特點，可以得到傳統方法難以獲取的動態生物學信息，並可延伸用於多器官累及的新冠肺炎機理研究。近日，該研究成果已在國際著名期刊《先進科學》（Advanced Science）發表。