科学家们让这种芯片肺能呼吸。然后他们给了它结核病。

结核病困扰着人类已有一段时间数千年尽管医学进步，可以帮助我们预防和治愈它，古老的细菌性疾病依然存在夺走更多人命每年感染率超过任何其他传染病原体。

在一项新研究中，研究人员揭示了一种旨在揭开结核病早期阶段神秘面纱的装置，其中包括通常在症状出现前出现的特殊延迟。

他们的模型还可能揭示患者遗传变异如何导致结核病的不同影响，并可能对个性化医疗.

关于我们物种的四分之一感染了结核菌，虽然只有一小部分人会生病，但这仍然超过了新增1000万例——以及全球每年超过100万人死亡。

结核病进展缓慢，症状通常需要数月才会出现。为了进一步了解这种滞后，作者关注了肺部中微小的气囊，肺肺泡这些事件发生了免疫细胞与细菌之间的关键对抗。

“肺部的气囊是人类预防感染的关键第一道屏障，但我们传统上是在小鼠等动物身上研究它们。”他说合著者马克斯·古铁雷斯，弗朗西斯·克里克研究所宿主-病原体在结核病中相互作用实验室的负责人。

“这些研究对我们理解至关重要，但动物和人类在免疫细胞构成和疾病进展上存在差异，这激发了对替代技术的兴趣，”古铁雷斯他说.

新兴”芯片上的风琴例如，技术使科学家能够在微流控细胞培养微芯片中模拟完整的人体器官，为动物模型提供了替代方案。

一些“芯片上肺”系统已经存在，但这些模型的局限性促使古铁雷斯和他的同事尝试另一种方法。

古铁雷斯：“直到现在，芯片上的肺设备都是由患者来源和市售细胞混合而成，”古铁雷斯他说.“这意味着它们无法完全重现单个个体的肺功能或疾病进展，因为每种细胞的基因都不同。”

研究人员为研究开发了一种新的肺芯片，仅包含来自单个人类的基因相同细胞干细胞.

“我们用的是人类诱导的多能型干细胞，这些细胞几乎可以变成身体中的任何细胞，产生I型和II型肺泡上皮细胞。”他说第一作者Jakson Luk，Gutierrez实验室的博士后研究员。

“这些是长在膜顶端的，”他补充.“利用相同的干细胞，我们还生产了在膜底部生长的血管内皮细胞。”

这为结核病的“黑匣子期”提供了新颖的视角，即从初次感染到症状的出现.

“我们想查找临床和动物研究中患者中报告的疾病特征，”陆他说.

当研究人员加入免疫细胞时，叫巨噬细胞在引入结核病之前，他们很快注意到巨噬细胞簇中存在“坏死核心”——这是一群死去巨噬细胞夹杂在更大活体巨噬细胞群中。

“最终，感染五天后，内皮和上皮细胞屏障崩溃，显示气囊功能失效，”陆他说.

然而，并非每个人的肺部对结核病的反应都相同，因此研究人员还试图了解遗传差异如何导致不同的反应。

“我们移除了ATG14基因，它参与了自然降解受损细胞和异物的过程，”陆他说.

“缺乏该基因的巨噬细胞在静息状态下更容易发生细胞死亡，感染后会试图吞噬更多结核菌，证实了该基因在保持免疫防御完整性中的作用，”他说解释.

还需要更多研究，但陆和他的同事们认为，他们的芯片是实现结核病及其他感染更个性化治疗的关键一步。

“我们现在可以从具有特定基因突变的人身上制造芯片，以了解像结核病这样的感染如何影响他们，并测试抗生素等治疗的效果，”陆他说.

“芯片支持了个性化医疗的大规模推动，”古铁雷斯补充.“这可能帮助我们理解遗传对治疗有效性的影响。”

该研究发表于科学进展.

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