研究人員在實驗室中建造了一個比傳統模型更準確地模擬人類肺部的肺，為快速發現和開發藥物打開了大門，並減少了我們對動物試驗的依賴。肺部疾病是全球死亡的一個主要原因。根據世界衛生組織（WHO），由於空氣質量的惡化和COVID-19的後遺症，到2030年，慢性阻塞性肺病（COPD）將成為第三大死亡原因。

慢性阻塞性肺病是一種無法治癒的疾病，它阻塞了肺部的小氣道，使呼吸困難，吸煙和空氣污染是最常見的原因。目前的治療方法無法扭轉對肺部組織造成的損害。雖然較新的治療方法，如基於乾細胞的藥物，已經顯示出修復或防止肺部惡化的能力，但明顯缺乏獲准用於治療肺部疾病的新療法。

傳統上，開發和測試治療慢性阻塞性肺病的新藥需要動物模型。使用動物進行測試的問題是，它們的解剖學和生理學的某些方面與人類不同，而且許多動物模型無法測試氣溶膠藥物。

最近科學家在開發動物模型的替代品方面取得了一些進展。芯片上的器官、類器官–從人類細胞生長出來的模擬真實器官的三維結構和三維打印的器官都是很好的例子。但這些都有缺點，通常與它們的體積小、細胞數量有限以及與人類肺部的複雜結構和過程缺乏相似性有關。但是現在，由悉尼大學的研究人員領導的一個團隊已經建立了更準確地模仿人類肺部的肺。

該研究的主要作者Thanh Huyen Phan說：”在傳統的細胞培養中，你將細胞放入培養皿，並在靜態條件下培養牠們，這與人體中發生的情況相差甚遠。我們正在做的是創造類似於人體中存在的環境條件。”

研究人員直接從病人身上提取細胞，將它們分層排列，就像它們在體內出現一樣。

該研究的通訊作者Wojciech Chrzanowski說：”我們直接從病人身上提取細胞，然後按照它們在體內的存在方式分層構建。因此，首先你有上皮細胞，然後你有成纖維細胞–我們實際上是在創造一個非常像實際人類肺部的模擬器官。”

肺部模型保持在與真實肺部相同的環境條件下，一邊是空氣，另一邊是與微循環相結合的液體界面，以模仿人體的循環系統。研究人員為不同的用途創建了兩個肺部模型。

“我們決定建立兩個不同的肺部模型，其中一個模仿第一階段的臨床試驗；一個健康的肺部來研究新藥物的安全性，”Chrzanowski說。”另一個模擬第二階段試驗；一個有病的肺，在我們的案例中，反映了慢性阻塞性肺病，使我們能夠研究藥物的治療效果或優越性。”

但是，肺部模型可以被用於不僅僅是藥物測試。

“這些迷你肺器官模型也可以用來測試毒性，”Chrzanowski說。”例如，矽塵或空氣污染物，如叢林火災期間產生的顆粒物”。

而且，更重要的是，它們可以是個性化的。Chrzanowski說：”因為我們可以直接從個別病人身上提取細胞，所以我們可以建立一個病人自己的模型來測試藥物對他們的有效性。”

研究人員說，除了提供動物試驗的替代方案外，他們的實驗室製造的肺的優點是它們的可重複性、可靠性，以及它們能夠大規模地實現低成本的研究。

Chrzanowski說：”它們加速了發現過程，縮短了進入臨床的過程，但也大大增加了我們在進入臨床試驗之前對我們創造的分子的信心。一種藥物的臨床轉化的正常時間表大約是10到15年，但是當你使用類器官模型時，你可以大大縮減這個時間。”

該研究發表在《生物材料研究》雜誌上。