Легкое -на-чипе — это устройство типа «орган-на-чипе» , моделирующее живое, дышащее человеческое легкое на микрочипе . Легкое-на-чипе размещает два слоя живых тканей — выстилку воздушных мешочков легкого и кровеносные сосуды, которые их окружают — через пористую, гибкую границу. Воздух подается в клетки выстилки легкого, богатая культуральная среда течет в капиллярном канале, имитируя кровь, а циклическое механическое растяжение создается вакуумом, применяемым к камерам, прилегающим к каналам клеточной культуры, для имитации дыхания. Устройство изготовлено с использованием клеток легких и кровеносных сосудов человека , и оно может предсказывать поглощение наночастиц, находящихся в воздухе , и имитировать воспалительную реакцию, вызванную микробными патогенами . Его можно использовать для проверки эффектов токсинов окружающей среды, поглощения аэрозольных терапевтических средств, а также безопасности и эффективности новых лекарств. Ожидается, что оно станет альтернативой испытаниям на животных .
Результаты исследования легких-на-чипе были опубликованы в выпуске Science от 25 июня 2010 г. [1] — академическом журнале Американской ассоциации содействия развитию науки . Исследование финансировалось Национальными институтами здравоохранения , Американской кардиологической ассоциацией и Институтом биологической инженерии Висса при Гарвардском университете .
Технология была разработана Дональдом Э. Ингбером , доктором медицины, доктором философии, американским клеточным биологом, который является директором-основателем Института биологической инженерии Висса в Гарвардском университете, и Дэном Донгеуном Ху, доктором философии, который был научным сотрудником по развитию технологий в Институте Висса, а сейчас является доцентом кафедры биоинженерии Wilf Family Term в Университете Пенсильвании. Устройство было создано с использованием стратегии микропроизводства, известной как мягкая литография, которая была впервые предложена Джорджем М. Уайтсайдсом , американским химиком, профессором химии в Гарварде, а также основным преподавателем Института Висса.
Реакция легкого-на-чипе на вдыхаемые живые патогены была протестирована путем введения бактерий E. Coli в воздушный канал на стороне воздушного мешка легкого устройства, в то время как белые кровяные клетки протекали через канал на стороне кровеносного сосуда. Клетки легких обнаруживали бактерии и через пористую мембрану активировали клетки кровеносных сосудов, которые, в свою очередь, запускали иммунный ответ, который в конечном итоге заставлял белые кровяные клетки перемещаться в воздушную камеру и уничтожать бактерии.
Исследователи также ввели в воздушный канал различные наночастицы (например, те, что содержатся в коммерческих продуктах, а также в загрязнении воздуха и воды). Несколько типов этих наночастиц проникли в клетки легких и заставили клетки перепроизводить свободные радикалы и вызвать воспаление. Многие из частиц прошли через модель легкого в кровеносное русло, и было обнаружено, что механическое дыхание значительно усилило всасывание наночастиц из воздушного мешка в кровь.
Команда Института Висса работает над созданием других моделей органов, таких как кишечник-на-чипе, а также костный мозг и даже модели рака. Они изучают потенциал объединения систем органов, например, связывание дышащего легкого-на-чипе с бьющимся сердцем-на-чипе. Сконструированная комбинация органов может быть использована для тестирования ингаляционных препаратов и для выявления новых и более эффективных терапевтических средств, не имеющих неблагоприятных побочных эффектов для сердца.