研究人员设计微流体装置以了解空气污染如何影响肺部

导读多伦多大学生物医学工程研究人员开发了一种新技术,该技术将微流体装置与新型气流系统相结合,以模拟肺气道。该技术使科学家和工程师能够进

多伦多大学生物医学工程研究人员开发了一种新技术,该技术将微流体装置与新型气流系统相结合,以模拟肺气道。该技术使科学家和工程师能够进行粒子暴露实验,以检查空气污染物对呼吸系统健康的病理影响。

Siwan Park,博士。应用科学与工程学院生物医学工程研究所的候选人和机械与工业工程系副教授 Edmond Young 最近在先进材料技术上发表了他们的研究结果。

芯片上的微流体装置——被称为 E-FLOAT,是可提取浮动液体凝胶基器官芯片的缩写,用于气流下的气道组织建模——是一种易于修改的系统,科学家可以在其中培养肺细胞在类似于肺组织的悬浮水凝胶中。

研究人员通过微铣削和粘合热塑性塑料层开发了该设备。它结合了用于培养细胞的特殊通道几何形状。连接到设备的气流系统可以产生各种流速的暖湿空气,以模拟人体呼吸。

“我们证明,肺气道组织可以在实验室中进行微工程设计,暴露在各种环境条件下,包括气流和污染物,然后被提取出来进行进一步研究,就好像它是真正的肺组织样本一样,”杨说。

在该技术的许多现有迭代中,在微流体设备上生长的细胞仅限于“片上”分析,以评估外部刺激(如气流)对细胞健康的影响。这限制了可以进行的分析:虽然科学家可以从设备中取出这些细胞,但这个过程会改变细胞相对于组织的空间位置,可能会扭曲结果。

“E-FLOAT 的优势之一是能够提取仿生气道组织,这使我们能够通过广泛的成像技术获得深入的知识,”Park 说。

研究人员通过受控气流成功地将空气中的颗粒输送到气道细胞上,以模拟空气污染物如何与肺细胞相互作用。然后他们提取了整个水凝胶并分析了颗粒和细胞的相互作用。

“我们特别高兴能够使用提取的水凝胶获得令人惊叹的组织学切片图像。它不仅看起来很漂亮,而且我们相信它在组织学和病理学方面也可能具有重要意义。此外,这取决于我们如何设计细胞基质E-FLOAT 中的相互作用,我们可以获得多细胞气道组织的生理上更准确的表示。”

“未来,计划是使用这项技术来研究哮喘等肺部疾病的发展——尤其是在存在空气污染的情况下——并将其用作药物开发过程中的临床前模型,”杨说。

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