96 孔板中的生物学实验。
96 孔板中的生物学实验。(J.N. Eskra / Wikimedia Commons;CC BY-SA 4.0)

肺泡与气道上皮共同构成模型

韩国原子能研究院等机构在 Scientific Reports 报道了一种放射损伤肺类器官模型。研究关注胸部放疗后肺损伤和纤维化,希望在较短的体外实验周期内观察上皮损伤,并测试抗纤维化药物。

团队从 H9 人胚胎干细胞出发,逐步诱导肺前体细胞,再用 Matrigel 三维培养形成类器官。模型可稳定传至至少 10 代,实验使用第 3–8 代;分子和免疫染色显示肺泡 1 型、2 型上皮及基底、杯状、club 等气道细胞标志。

单细胞 RNA 测序把模型中的上皮细胞进一步分为 8 个群体,包括增殖中的肺泡 2 型细胞、纤毛细胞和少量其他类型。该系统主要由上皮组成,没有加入巨噬细胞等免疫成分。

重复照射后增殖下降并出现胶原增加

研究比较每次 2、4 或 8 Gy 的 γ 射线照射,采用重复 4 Gy 作为后续主要条件。照射后的模型生长受限,单个类器官的 Ki-67 阳性细胞数由未照射组约 30 个降至不足 5 个。

照射组的 E-cadherin 和 occludin 等上皮连接蛋白下降,N-cadherin、vimentin 及 α-SMA 等标志增加。作者据此描述了上皮—间质转化样变化;胶原相关基因表达和胶原 I、III 免疫染色也增加。

单细胞分析中,增殖中的肺泡 2 型细胞比例明显减少,其他上皮群体的相对组成随之变化。TGF-β、GDF-15 和 PDGF-A 的 mRNA 增加主要见于重复照射后,单次照射下的变化较弱。

吡非尼酮降低纤维化相关基因表达

团队在每次照射后立即加入吡非尼酮,药物浓度为 0.5 mg/mL。药物实验图 7 安排第 1 天和第 4 天各照射 4 Gy,第 5 天提取 RNA;与照射后接受 PBS 的模型相比,吡非尼酮组 TGF-β、α-SMA 和 COL1A2 的 mRNA 水平均下降。

这一实验用已经临床使用的抗纤维化药物检验模型能否反映药物作用,检测终点为纤维化相关转录指标。研究报告至少 3 次独立实验,图 7 的数据按 GAPDH 归一化,并相对于未照射组表示。

快速上皮损伤模型的适用范围

作者报告,类器官在照射后 4–7 天形成纤维化样变化;配套小鼠实验则在胸部 14 Gy 照射后 4 个月和 6 个月检测肺组织。两套实验分别提供短期人源上皮反应与较长时期体内损伤资料。

该类器官未包含完整免疫和间质环境,作者将较弱的 TGF-β 升高与缺少巨噬细胞联系,并计划加入这些细胞及进行时间序列分析。肺泡上皮损伤、胶原表达和药物转录反应,是当前模型已经测得的主要内容。

来源与延伸阅读

  1. A human lung organoid platform for studying radiation-induced pulmonary fibrosis and antifibrotic drug screening. Scientific Reports (2025). ↗