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曼彻斯特大学的科学家们培育的人体迷你肺可以模仿动物接触某些纳米材料时的反应。
曼彻斯特大学的科学家们培育的人体迷你肺可以模仿动物接触某些纳米材料时的反应。
该大学纳米技术医学中心纳米细胞生物学实验室的这项研究发表在有影响力的杂志《Nano Today》上。
细胞生物学家和纳米毒理学家Sandra Vranic博士领导的研究小组认为，虽然不能完全取代动物模型，但人类类器官可能很快导致研究动物数量的显著减少。
在人类干细胞培养皿中培养的肺类器官是多细胞的三维结构，旨在重现人体组织的关键特征，如细胞的复杂性和结构。
它们越来越多地用于更好地了解各种肺部疾病，从囊性纤维化到肺癌，以及包括SARS-CoV-2在内的传染病。
然而，它们捕捉组织对纳米材料暴露的反应的能力迄今尚未得到证实。
为了将类器官模型暴露在碳基纳米材料中，Vranic博士小组的首席科学家Rahaf Issa博士开发了一种方法，可以精确地将纳米材料剂量和微注射到类器官的腔中。
它模拟了真实暴露的肺顶上皮，肺内呼吸通道的最外层细胞。
现有的动物研究数据表明，一种长而刚性的多壁碳纳米管(MWCNT)可能对肺部造成不良影响，导致持续炎症和纤维化——这是一种严重的肺部不可逆疤痕。
使用相同的生物终点，该团队的人类肺类器官显示出类似的生物反应，这证实了它们作为预测肺组织中纳米材料驱动反应的工具。人类类器官能够更好地理解纳米材料与模型组织的相互作用，但在细胞水平上。
氧化石墨烯(GO)是一种扁平、薄而柔韧的碳纳米材料，研究人员发现，它可以暂时被一种由呼吸系统产生的名为分泌黏液蛋白的物质所困住，从而免受伤害。
相比之下，MWCNT诱导了与肺泡细胞更持久的相互作用，粘液分泌更有限，导致纤维组织的生长。
在进一步的发展中，该大学纳米技术医学中心的Issa博士和Vranic正在开发和研究一种具有开创性的人类肺类器官，该器官也含有综合免疫细胞成分。
Vranic博士说:“通过进一步的验证、长时间的接触和免疫成分的结合，人类肺类器官可以大大减少纳米毒理学研究中对动物的需求。为了鼓励人道的动物研究，替换、减少和改良3Rs原则现在已经写入了英国和许多其他国家的法律。公众的态度始终表明，对动物研究的支持取决于3Rs原则的实施。”
目前使用二维细胞培养模型对纳米材料进行的“二维测试”提供了对细胞效应的一些了解，但是它们太简单了，因为它只能部分地描述细胞相互交流的复杂方式。它当然不能代表人类肺上皮的复杂性，并且可能歪曲纳米材料的毒性潜力，无论是好是坏。
曼彻斯特大学纳米医学主席Kostas Kostarelos教授说:“尽管在可预见的未来，研究中仍需要动物，但‘3D’类器官在我们的研究领域和更广泛的研究领域是一个令人兴奋的前景，它可以作为人类的替代品和动物的替代品。”
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