科学家培育人类微型肺作为纳米材料安全测试的动物替代品

曼彻斯特大学科学家培育的人类迷你肺可以模拟动物暴露于某些纳米材料时的反应。这项研究发表在《今日纳米》杂志上

细胞生物学家和纳米毒理学家Sandra Vranic博士领导的团队认为，尽管预计人类类器官不会完全取代动物模型，但很快就会导致研究动物数量的大幅减少

肺类器官生长在人类干细胞培养皿中，是多细胞的三维结构，旨在重现人类组织的关键特征，如细胞复杂性和结构。它们越来越多地用于更好地了解各种肺部疾病，从囊性纤维化到癌症，以及包括SARS-CoV-2在内的传染病。

然而，迄今为止，它们捕捉组织对纳米材料暴露的反应的能力尚未显示。为了将类器官模型暴露在碳基纳米材料中，Vranic博士团队的首席科学家Rahaf Issa博士开发了一种方法，可以准确地将纳米材料剂量和微注射到类器官的管腔中。它模拟了顶端肺上皮的真实暴露，顶端肺上皮是肺部呼吸道中最外层的细胞

现有的动物研究数据表明，一种长而坚硬的多壁碳纳米管（MWCNT）会对肺部造成不良影响，导致持续的炎症和纤维化，这是肺部一种严重的不可逆疤痕

使用相同的生物终点，该团队的人类肺类器官显示出类似的生物反应，这验证了它们是预测肺组织中纳米材料驱动反应的工具。人类类器官使人们能够更好地了解纳米材料与模型组织的相互作用，但要在细胞水平上进行

氧化石墨烯（GO）是一种扁平、薄而灵活的碳纳米材料，被发现暂时被呼吸系统产生的一种称为分泌粘蛋白的物质所束缚，以免受到伤害。相反，MWCNT诱导了与肺泡细胞更持久的相互作用，粘蛋白分泌更有限，并导致纤维组织的生长

在进一步的发展中，大学纳米技术医学中心的Issa和Vranic博士目前正在开发和研究一种突破性的人类肺类器官，该器官还含有一种整合的免疫细胞成分

Vranic博士说，“随着进一步的验证、长期暴露和免疫成分的加入，人类肺部类器官可以大大减少对用于纳米毒理学研究的动物的需求。

”为鼓励人道动物研究而开发的替代、减少和改进3R现在已纳入英国法律和许多其他国家

“公众的态度一贯表明，对动物研究的支持是以3R付诸实践为条件的。”

该大学纳米医学教授Kostas Kostarelos说，“目前使用二维细胞培养模型对纳米材料进行的‘二维测试’提供了对细胞效应的一些理解，但它们过于简单，因为它只能部分描述细胞相互交流的复杂方式。它当然不能代表人类肺上皮的复杂性，而且可能会歪曲纳米材料的毒性潜力，无论好坏。

”尽管在可预见的未来仍需要动物进行研究，但‘三维’类器官在我们的研究中是一个令人兴奋的前景。研究领域和在研究中更普遍地作为人类的等价物和动物的替代品。