用于研究肺泡粘膜免疫反应的免疫活性 Alphyolus-on-Chip 模型

人肺在呼吸和免疫防御中起着显著的作用，肺泡粘膜的免疫反应之间存在复杂的相互作用¹。肺泡产生有效免疫反应的能力对于预防肺部感染和确保肺部健康至关重要。由于肺部经常暴露于各种潜在风险中，包括细菌、病毒、真菌、过敏和颗粒物，因此了解肺泡粘膜免疫反应的复杂性对于发现呼吸道感染、炎症性疾病和治疗肺部疾病背后的机制至关重要¹。

为了在体外研究呼吸道的感染和炎症相关过程，需要能够忠实模拟肺泡环境和免疫反应的模型。几十年来，2D 细胞培养和动物模块一直被用作肺免疫反应生物医学研究的重要工具。然而，它们在对人类情况的转化潜力方面往往存在局限性。Lung-on-chip 模型有助于填补传统体外和体内模型之间的空白，并为研究人类特异性免疫反应提供了一种新方法 ^2,3。Lung-on-chip 模型可以模拟气液界面，这是肺细胞重现呼吸道生理状况并开发更准确和稳健的组织模型所必需的。这种培养技术能够在体外精确检查细胞分化、功能和对药物或疾病相关刺激的反应 ²。

在这项研究中，我们提出了一种基于微流体的人类肺泡模型，作为一种有效的工具，通过应用灌注来模拟内皮细胞的血流和生物力学刺激，并将气液界面与暴露于空气相⁴ 的上皮细胞相结合。我们开发了一种微流控灌注芯片肺泡，它模拟了人类肺泡的物理结构和生物相互作用，特别关注气液界面。该界面在呼吸道上皮细胞的分化中起着至关重要的作用，这对于准确模拟肺环境至关重要。该模型使用人远端肺上皮细胞 （H441） 和人脐静脉内皮细胞 （HUVEC），由多孔聚对苯二甲酸乙二醇酯 （PET） 膜隔开，原代单核细胞衍生的巨噬细胞位于细胞层之间。这种设置复制了肺泡错综复杂的细胞排列，对于准确模拟气液界面至关重要，气液界面是肺组织生理功能的重要因素。

模型开发背后的基本原理延伸到整合循环和组织驻留免疫细胞。这种方法旨在准确模拟炎症宿主对人类呼吸道感染的反应，为研究病原体-宿主相互作用提供动态环境。巨噬细胞的存在允许检查即时免疫反应及其与病原体的相互作用，反映了抵御呼吸道感染的第一道防线。此外，生物芯片平台的设计有助于方便和精确地操纵生物物理和生化线索，这对于 在体外复制肺泡功能至关重要。这种灵活性有助于剖析导致人类感染的因素，使研究人员能够调整条件以反映各种疾病状态或测试潜在的治疗干预措施。该平台与多种读出技术（包括先进的显微镜、微生物分析和生化污水分析）的兼容性增强了其实用性。这些功能允许全面评估组织对感染的反应，包括评估细胞行为、病原体增殖和免疫反应的有效性。

我们提出了一个详细的协议和技术来创建和利用人类肺泡芯片模型，该模型专注于复制气液界面和整合免疫细胞以在体外研究人类感染。