科學(xué)家3D打印 "肺部模擬器”,，模擬吸食大麻對(duì)肺部的影響

2021年2月24日，南極熊獲悉,，加拿大麥克馬斯特大學(xué)和滑鐵盧大學(xué)的科學(xué)家們,，已經(jīng)3D打印出了一個(gè)活體模型，能夠模擬吸食大麻對(duì)人體肺部的影響,。

通過在 "體外暴露系統(tǒng)"（IVES）中加載上皮細(xì)胞,，并將其暴露在大麻中，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)能夠準(zhǔn)確地描繪出人體對(duì)大麻的不良反應(yīng),。在取得初步成功后,，研究人員現(xiàn)在已經(jīng)將他們的大麻監(jiān)測(cè)裝置開源，以進(jìn)行更廣泛的研究,。

△研究人員的3D打印IVES裝置（如圖）已經(jīng)證明,，大麻對(duì)吸煙者的免疫系統(tǒng)不利，圖片來自 ERJ Open Research期刊

雖然我們的肺部經(jīng)常接觸到細(xì)菌和病毒,，但人體已經(jīng)形成了強(qiáng)大的免疫反應(yīng),，以防止我們生病。我們呼吸道上的上皮細(xì)胞是這種防御的重要組成部分,，它們會(huì)產(chǎn)生粘液以及抗病毒細(xì)胞因子,，當(dāng)被哮喘等疾病破壞時(shí)，它們就會(huì)出現(xiàn)功能障礙,，給受影響的患者帶來呼吸困難,。

加拿大科學(xué)家認(rèn)為，吸食大麻也構(gòu)成了類似的 "肺部攻擊",，它會(huì)導(dǎo)致咳嗽,、喘息和胸悶等癥狀。因此,，在許多人考慮將大麻合法化用于醫(yī)療用途時(shí),，對(duì)吸食大麻的影響形成精確的理解，除了為政府政策提供參考外,，對(duì)識(shí)別潛在的警告信號(hào)也是至關(guān)重要的,。

在煙草煙霧研究方面，體外測(cè)試模型已經(jīng)是一個(gè)重要的工具,，但鑒于成本,、不準(zhǔn)確等問題，很少在同等的大麻研究?jī)?nèi)使用,。因此，為了克服這一問題,，科學(xué)家們決定3D打印一種新型IVES系統(tǒng),，目的是讓非專業(yè)實(shí)驗(yàn)室盡可能地使用它,。

△研究人員通過讓它 "吸食 "大麻來測(cè)試他們的設(shè)備，圖片來自ERJ Open Research期刊

3D打印機(jī)器人肺

團(tuán)隊(duì)使用Formlabs Form 2 3D打印機(jī),，制造了一個(gè)類似肺的四室IVES,，具有兩個(gè)入口、四個(gè)出口和四個(gè)室蓋,。理論上,，系統(tǒng)的工作原理是通過一個(gè)進(jìn)氣口 "吸入 "煙霧，然后將煙霧分布到四個(gè)腔室（每個(gè)腔室都包括一個(gè)裝滿細(xì)胞的插件）,，然后再將煙霧排出,。

為了實(shí)際測(cè)試他們的新型機(jī)器，科學(xué)家們選擇卷起一些研究級(jí)的大麻,，點(diǎn)燃,，然后用一個(gè)三通閥和一個(gè)注射器連接IVES。當(dāng)機(jī)器人肺部完成 "吸食 "后,，研究人員評(píng)估了上皮細(xì)胞的生存能力,，發(fā)現(xiàn)其自身免疫功能已經(jīng)嚴(yán)重受損。

鑒于之前的研究已經(jīng)得出了呼吸困難和屏障缺陷之間的聯(lián)系,，團(tuán)隊(duì)認(rèn)為這證明了煙對(duì)肺部有害,。研究人員還將細(xì)胞因子水平與從吸煙障礙患者身上提取的細(xì)胞因子水平進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)娛樂性大麻使用者更容易患咽喉炎癥以及其他呼吸系統(tǒng)問題,。

雖然科學(xué)家們最終承認(rèn),，需要進(jìn)一步的參數(shù)測(cè)試來驗(yàn)證他們的結(jié)果，但他們認(rèn)為儀器是成功的,。事實(shí)上,，團(tuán)隊(duì)認(rèn)為他們的方法可以應(yīng)用在各種毒理學(xué)研究中，從聯(lián)合和抽吸分析,，到評(píng)估病原體對(duì)免疫系統(tǒng)的影響,。

生物打印和肺移植術(shù)

加拿大團(tuán)隊(duì)在對(duì)肺部疾病采取預(yù)防措施的同時(shí)，在開發(fā)3D生物打印替代物方面也取得了相當(dāng)大的進(jìn)展,。

在過去四年里,，3D Systems公司一直在研究生物打印器官的潛力，最近宣布固體組織支架的開發(fā)取得了突破性進(jìn)展,。與United Therapeutics公司合作,，已經(jīng)能夠創(chuàng)建一個(gè)名為Print to Perfusion的血管化組織制造系統(tǒng)。

以類似的方式,，United Therapeutics還與Isreali生物打印公司CollPlant合作,，將一家煙草廠變成了 "腎臟生產(chǎn)線"。這兩家公司在去年加強(qiáng)了合作關(guān)系，簽署了一項(xiàng)新的協(xié)議,，承諾進(jìn)入腎臟的系列化制造,。

此外，一個(gè)位于美國(guó)退伍軍人事務(wù)部（VA）的團(tuán)隊(duì)正在3D打印芯片,，這些芯片可能能夠支持衰竭的器官,。最終，研究人員的目標(biāo)是制造構(gòu)成 "人工肺 "的設(shè)備,，幫助調(diào)節(jié)貧困患者的健康二氧化碳攝入量,。

研究人員的研究結(jié)果在他們題為 “Development and validation of an open-source, disposable, 3D-printed in vitro environmental exposure system for Transwell culture inserts.” 的論文中進(jìn)行了詳細(xì)介紹。該研究由Abiram Chandiramohan,、Mohammedhossein Dabaghi,、Jennifer A. Aguiar、Nicholas Tiessen,、Mary Stewart,、Quynh T. Cao、Jenny P. Nguyen,、Nima Makhdami,、Gerard Cox、Andrew C. Doxey和Jeremy A. Hirota共同撰寫,。

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2021-2-24 09:35 上傳

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