简介：慢性肺病是全球主要死亡原因之一，而动物模型在理解疾病机制和发现新治疗方法中发挥着关键作用。然而，许多在动物身上测试成功的治疗方法在临床转化过程中失败，促使研究者寻求更接近人类的体外模型。肺芯片（LoCs）作为先进的微系统，旨在模拟肺部结构和功能，包括气液界面、细胞拉伸和剪切力，是减少并最终取代传统动物研究的最有前景的临床前模型。
基于支架的芯片肺——最先进的技术
肺芯片通常包含两个微通道，主要衬有上皮细胞（顶端）和内皮细胞（基底端），允许它们在动态条件下（细胞拉伸和剪切力）进行培养。
尽管肺芯片在模拟肺功能方面取得了进展，但目前还没有完全取代动物模型，需要进一步的改进。
肺泡毛细血管屏障：物理力学考虑
肺泡毛细血管屏障的物理和机械特性对于肺芯片至关重要。
天然的肺泡-毛细血管组织基底膜具有特定的刚度和厚度，并且能够承受周期性的拉伸。
下一代仿生功能性肺芯片
下一代肺芯片的发展需要考虑多种因素，包括设计和制造、材料选择和现代制造方法。
设计和制造考虑因素
- 血管化
- 血管化是实现更复杂和功能性肺芯片的关键。当前的肺芯片无法生成具有血管化的组织模型，而血管化对于模拟肺泡-毛细血管组织屏障的结构和功能至关重要。
- 厚度
- 肺芯片中使用的膜通常比天然的肺基底膜厚10-15倍。超薄的膜对于药物的通透性和细胞间的直接通讯非常重要。
- 膜通透性和选择性
- 肺芯片膜的通透性和选择性需要模拟肺泡-毛细血管屏障的自然扩散特性。需要控制孔径大小以实现更自然的膜/支架。
- 生物污垢和不良吸附
- 当前膜材料（如PDMS）的疏水性导致生物污染和药物吸附，从而影响药物动力学数据的准确性。
- 疾病模型
- 肺芯片若要准确模拟病理状态，需要能够模拟特定疾病的微环境和复杂特性。
- 实时监控
- 实时监测细胞功能可以增强肺芯片的性能。集成电极等技术已被用于测量肺功能屏障的完整性。
材料选择
- 天然材料
- 天然材料，如胶原蛋白、纤维连接蛋白、层粘连蛋白和dECM等，具有优异的生物活性和生物相容性。
- 合成材料
- 合成材料提供了广泛的机械和物理属性，这些属性具有高度的可重复性和可定制性。
现代制造方法
包括电纺、微制造、3D生物打印等技术，这些技术能够精确控制细胞定位和创建结构元素，以模仿局部细胞外基质。
总结：肺芯片技术的发展目标之一是让所有人都能使用它们，以加速疾病理解和新化合物/药物的发现。通过使用适当的生物材料和现代生物制造技术，可以提高肺芯片的仿生性。此外，结合如血管化等先进功能，可以开发出更加现实和仿生的肺芯片。
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