人类迷你肺模仿动物对纳米材料的反应

曼彻斯特大学科学家培育的人类迷你肺可以模仿动物在接触某些纳米材料时的反应。

该大学医学纳米技术中心纳米细胞生物学实验室的研究发表在有影响力的期刊上 今日纳米。

细胞生物学家和纳米毒理学家 Sandra Vranic 博士领导的团队认为，虽然预计不会完全取代动物模型，但人类类器官可能很快就会导致研究动物数量大幅减少。

肺类器官是在人类干细胞培养皿中生长的，是多细胞的三维结构，旨在重建人体组织的关键特征，例如细胞复杂性和结构。

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，迄今为止，它们捕获组织对纳米材料暴露的反应的能力尚未得到证实。

为了将类器官模型暴露于碳基纳米材料中，Vranic 博士小组的首席科学家 Rahaf Issa 博士开发了一种方法，可以将纳米材料精确剂量和显微注射到类器官的管腔中。

它模拟了现实生活中肺尖上皮的暴露，肺尖肺上皮是肺部呼吸道内衬细胞的最外层。

现有的动物研究数据表明，一种长而坚硬的多壁碳纳米管（MWCNT）会对肺部造成不利影响，导致持续的炎症和纤维化——一种严重的肺部不可逆疤痕类型。

使用相同的生物学终点，该团队的人类肺类器官表现出类似的生物学反应，这验证了它们作为预测肺组织中纳米材料驱动的反应的工具。

人类类器官可以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，人们发现它可以暂时被困在呼吸系统产生的一种叫做分泌性粘蛋白的物质中，以免受到伤害。

相比之下，多壁碳纳米管诱导与肺泡细胞更持久的相互作用，粘蛋白分泌更有限，并导致纤维组织的生长。

在进一步的开发中，大学医学纳米技术中心的 Issa 博士和 Vranic 正在开发和研究一种突破性的人类肺类器官，该类器官也含有集成的免疫细胞成分。

Vranic 博士说：“通过进一步验证、延长暴露时间以及加入免疫成分，人肺类器官可以大大减少纳米毒理学研究中对动物的需求。

“3R 原则的制定是为了鼓励人道的动物研究，即替代、减少和改进，现已纳入英国和许多其他国家的法律。

“公众态度始终表明，对动物研究的支持取决于 3R 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理解，但它们过于简单化，因为它只能部分描述细胞彼此通信的复杂方式。 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潜在毒性，无论好坏。

尽管在可预见的未来研究中仍然需要动物，但“3D”类器官在我们的研究领域以及更广泛的研究中作为人类等同物和动物替代品仍然是一个令人兴奋的前景。”

曼彻斯特大学纳米医学系主任 Kostas Kostarelos 教授