人肺泡与肺泡间隔的扫描电镜图像
人肺泡结构的扫描电镜图像。(David Gregory & Debbie Marshall / Wellcome Collection;CC BY 4.0)

围绕肺泡上皮损伤和纤维化相互作用建立模型

复旦大学华山医院等机构的研究者在 Therapeutic Advances in Respiratory Disease 发表肺类器官综述,聚焦特发性肺纤维化(idiopathic pulmonary fibrosis,IPF)的疾病建模和药物研究。

作者把肺泡上皮损伤、成纤维细胞活化与细胞外基质变化放在同一研究背景下。类器官及共培养体系可用于观察这些过程,也为比较抗纤维化处理提供人源实验材料。

研究问题决定模型需要哪些细胞。上皮类器官适合分析上皮内的损伤和分化;加入成纤维细胞后,可进一步评价基质收缩、胶原沉积及两类细胞之间的影响。

多能干细胞与成人组织来源模型提供不同信息

多能干细胞来源的肺类器官,通常通过分化形成肺上皮及相关细胞。患者来源诱导多能干细胞(induced pluripotent stem cells,iPSC)或相应遗传对照可用于研究家族性疾病变异,以及较早阶段的上皮异常。

成人组织来源模型可从患者的肺上皮前体、基底细胞或肺泡相关细胞建立。作者讨论它们保留供者相关特征的价值,以及取材困难、供者差异和扩增条件带来的限制。

综述将气液界面作为一种培养配置单独说明。这种配置可用于上皮单层和不同工程化组织,帮助细胞形成极性和分化表型;它也可以与三维模型结合,用于完善药物测试环境。

基质和共培养影响药物测试时的纤维化表型

基质既提供支撑,也影响细胞感受到的机械和生化环境。综述讨论 Matrigel、可调水凝胶及肺组织来源基质,并关注成分和刚度变化对上皮与成纤维细胞的影响。

已有模型观察的纤维化相关表型包括上皮应激、分化异常、成纤维细胞活化、组织收缩和细胞外基质积累。药物处理后,可比较这些指标变化的方向与幅度,而模型组成决定能测到哪些环节。

加入内皮、免疫或微流控结构,是作者讨论的进一步设计方向。这些组件可支持更多组织相互作用,但也需要相应功能检测,以评价每项新增结构对研究问题的贡献。

药物反应需要结合组织形成、损伤和基质指标

综述归纳的抗纤维化测试包括类器官形成和大小、上皮存活、收缩,以及胶原、α-平滑肌肌动蛋白等指标。共培养还可测量成纤维细胞活化和胶原基质变化。

在机制和候选药物评价中,综述列举用 TGF-β1 诱导相关变化的肺泡类器官及 NP-011 研究,也讨论肺泡类器官与原代肺成纤维细胞共培养中的 ALK5 抑制和整合素 αvβ6 阻断。相应测试将药物反应与上皮应激、成纤维细胞及基质变化联系起来。

作者讨论尼达尼布与吡非尼酮在患者来源三维肺模型中的研究,关注药物反应在不同供者之间的差别。综述列举的小型患者关联研究,已观察到体外药物反应与纵向临床结局的联系;据模型选择治疗能否改善患者结局,仍需大型前瞻性研究评价。

这类联系可包括肺功能轨迹、影像进展、生物标志物和治疗反应。作者提出,应通过系统的患者相关验证,评价模型测量能否帮助解释个体差异和选择候选策略。

肺组织切片为模型成熟度和功能提供参照

多能干细胞来源的肺类器官常有发育成熟度限制,分化效率和细胞组成也会随批次改变。基质批次差异进一步影响药物浓度反应及跨研究比较。

精密切割肺组织切片(precision-cut lung slices,PCLS)可保留原有的肺组织结构、细胞和基质,适合进行短期组织反应评价。其取材量、培养时间和供者差异则限制测试规模。

综述建议结合类器官的可扩增和可调设计,与肺切片的组织背景,开展相应比较。进一步改进应同时评价成熟度、屏障及其他实际功能,再建立材料、培养与药物测试的质量控制。

作者同时建议用成人肺组织资料比较模型的细胞和转录特征,并检测表面活性物质分泌、屏障与长期药物反应。相应的结构、功能和药物检测,应在模型预定的实验窗口内保持稳定,并通过不同批次的比较检验重复性。

来源与延伸阅读

  1. Lung organoids as emerging models in idiopathic pulmonary fibrosis research: Current applications, challenges, and future directions. Therapeutic Advances in Respiratory Disease (2026). ↗