Ученые из Института Фрэнсиса Крика (Лондон) и швейцарской компании AlveoliX представили инновационную разработку – миниатюрную модель легкого человека, способную имитировать процесс дыхания. Эта технология, получившая название "легкое-на-чипе", воспроизводит ключевые функции альвеол, включая механические движения, связанные с дыханием. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
Основой для создания модели послужили индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSC) одного донора. Такой подход позволил сформировать генетически идентичную клеточную систему, исключающую проблемы с совместимостью клеток, которые возникали в предыдущих разработках. Это открывает возможности для изучения человеческих физиологических процессов без привлечения животных, чья анатомия и иммунный ответ отличаются от человеческих.
Модель размещена на специальном чипе, где ритмичное трехмерное растяжение имитирует дыхание. Механическое воздействие способствует правильному формированию клеточных структур, в том числе микроворсинок, необходимых для нормального функционирования легких. Для изучения туберкулеза в модель были добавлены иммунные клетки (макрофаги) того же донора и введены бактерии. Это позволило исследователям наблюдать в режиме реального времени ранние, ранее скрытые стадии инфекции, включая формирование "некротических ядер" – скоплений погибших иммунных клеток – за несколько дней до нарушения целостности легочного барьера.
Учитывая медленное развитие туберкулеза, возможность изучения его начальных стадий имеет большое значение. Новая технология является шагом к персонализированной медицине, позволяя тестировать эффективность различных методов лечения, в том числе антибиотиков, на моделях с индивидуальным генетическим профилем. В перспективе данный метод может быть использован для исследования других респираторных заболеваний.