При создании новой модели легкого на чипе использовались стволовые клетки только одного донора. Источник: Freepik

Первую модель человеческого легкого на чипе с использованием стволовых клеток, взятых у одного человека, создали исследователи из Института Фрэнсиса Крика (Великобритания) и компании AlveoliX. Разработка, описанная в Science Advances, представляет собой небольшие фрагменты человеческого легкого на пластиковом чипе с крошечными каналами и отсеками - искусственными альвеолами, которые в живом органе являются важнейшим местом газообмена, а также надежным барьером против вдыхаемых вирусов и бактерий.

На основе протокола, разработанного ранее в лаборатории, команда создала альвеолярные эпителиальные клетки I и II типа и эндотелиальные клетки сосудов из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток человека. Они выращивались отдельно на верхней и нижней сторонах очень тонкой мембраны в устройстве, разработанном биотехнологической компанией AlveoliX для воссоздания барьера альвеол.

Для дальнейшего моделирования человеческого легкого ученые разработали специализированные устройства, которые воздействуют на воссозданный барьер воздушных мешочков ритмичными трехмерными растягивающими силами, имитируя процесс дыхания. Это стимулирует образование микроворсинок — ключевой особенности альвеолярных эпителиальных клеток — для увеличения площади поверхности, необходимой для функционирования легких.

Затем ученые добавили в чип иммунные клетки, называемые макрофагами, которые также были получены из стволовых клеток того же донора. После этого они добавили бактерии туберкулеза, чтобы смоделировать ранние стадии заболевания.

В зараженных образцах исследователи обнаружила крупные скопления макрофагов, содержащие некротические ядра — группу мертвых клеток в центре, окруженных живыми. Через пять дней после начала заболевания барьеры из эндотелиальных и эпителиальных клеток разрушились, что свидетельствует о нарушении функции альвеол.

"Туберкулез — это медленно развивающееся заболевание, при котором между заражением и появлением симптомов могут пройти месяцы, поэтому растет потребность в понимании того, что происходит на ранних стадиях, когда симптомы еще не проявляются. Нам удалось успешно смоделировать эти начальные этапы развития туберкулеза, что позволило получить целостное представление о том, как различные клетки легких реагируют на инфекцию" - Чак Хон Лук, научный сотрудник лаборатории взаимодействия хозяина и патогена при туберкулезе Института Фрэнсиса Крика

Разработчики отмечают, что новую модель можно использовать для широкого спектра исследований, таких как изучение других респираторных инфекций или рака легких. Сейчас они работают над усовершенствованием чипа, добавляя в него другие важные типы клеток.