肺

氧气对于人体而言至关重要，它通过肺部气体交换获得，并经由心脏通过血液运输至体内各个器官组织，用于细胞工作和生长。一个健康成人日常呼吸近25,000次。然而，对于数百万肺部疾病患者来说，进行日常呼吸也是一种困难。目前，肺部疾病是美国的第三大疾病杀手。

许多疾病发生于肺部，但大多数有希望的新药在测试期间被证明具有毒性，最终以失败告终。科学家通常必须依靠动物研究进行早期测试，但动物模型并不是总能精确地描述人体在临床测试过程后期的反应。科学家需要更好的方法来预测潜在的新药对肺部和其他心肺系统的影响。

芯片上的肺

哈佛大学的研究人员正致力于构建一种新型模型，该模型结合肺平滑肌细胞来模拟人体内复杂的肺部条件，其中某些条件在动物模型中无法模拟。

为了测试这种新的肺部模型，NIH支持的研究人员正在使用芯片技术来研究哮喘。哮喘患者的支气管细胞非常敏感。在哮喘症状期间，肌肉过度收缩导致气道变窄，引起呼吸困难。研究人员使用整合这种肌肉组织的芯片，旨在检测靶向针对特定组织的药物（如针对肺部的吸入性哮喘药物）如何影响其他组织。

左侧图像显示健康肺部气道的横截面; 右侧图像显示哮喘气道，由于肌肉过度收缩，引起气道狭窄。

顶部三个图像（Bi-iii）显示基于气道芯片的健康肌肉细胞。当研究人员添加药物乙酰胆碱时，细胞就会像健康人一样收缩。底部的三个图像（Ci-iii）显示了健康肌肉细胞用化学物质（白细胞介素13）处理后的变化来模拟哮喘。当加入乙酰胆碱时，细胞挤压过多（过度收缩），就像哮喘患者一样。

这些影像显示芯片上的人体平滑肌细胞正常收缩，类似于Bi-iii（左），以及在模仿哮喘情况的收缩，类似于Ci-iii（右）。

展望未来

通过使用这种芯片，科学家们可以快速筛选潜在的新药，并测试它们是否具有肺部毒性。这些测试的数据可以帮助加快药物批准过程，并尽快提供新的治疗方法。

该技术也可以成为多器官系统的一部分。科学家们可以将这种芯片与其他芯片（例如代表心脏和肝脏的芯片）联合起来，以测试药物如何同时影响多个器官系统。

https://ncats.nih.gov/tissuechip/chip/lungs