Phát triển mô hình 'phổi gắn trên chip' 3D để thử nghiệm liệu pháp mới cho COVID-19 và các tình trạng phổi khác

Trên toàn cầu, suy phổi là một trong những nguyên nhân gây tử vong hàng đầu. Nhiều tình trạng có thể ảnh hưởng và làm tổn thương phổi, bao gồm hen suyễn, bệnh phổi tắc nghẽn mãn tính, cúm, viêm phổi và gần đây nhất là COVID-19. Để hiểu rõ hơn về các bệnh hô hấp và phát triển một số loại thuốc mới nhanh hơn, nhóm nghiên cứu đến từ Bệnh viện Phụ nữ và Brigham đã thiết kế một mô hình 3D "phổi gắn trên chip" của cấu trúc phổi và phế nang, những túi khí nhỏ lấy oxy khi thở. Với sự đổi mới này, các nhà khoa học đang tích cực nghiên cứu cách các hạt chứa virus COVID-19 di chuyển qua đường thở và tác động đến tế bào phổi. Đáng chú ý, công nghệ này cho phép các nhà khoa học điều tra xem các liệu pháp COVID-19 khác nhau, chẳng hạn như remdesivir, tác động như thế nào đến sự nhân lên của virus. Kết quả được công bố trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ.

Tiến sĩ Y. Shrike Zhang, cho biết: "Chúng tôi tin rằng đó là một sự đổi mới thực sự. Đây là mô hình in vitro đầu tiên về phần dưới phổi của con người có thể được sử dụng để kiểm tra nhiều cơ chế sinh học và tác nhân điều trị, bao gồm cả thuốc chống vi-rút cho nghiên cứu COVID-19”. Việc hiểu và phát triển phương pháp điều trị COVID-19 đòi hỏi các thử nghiệm lâm sàng trên người, tốn nhiều thời gian và nguồn lực. Với một số mô hình ở phòng thí nghiệm, chẳng hạn như phổi gắn trên chip, các nhà nghiên cứu có thể đánh giá thuốc nhanh hơn nhiều và giúp chọn được loại thuốc có nhiều khả năng thành công nhất khi thử nghiệm lâm sàng.

Công nghệ này phản ánh đặc điểm sinh học ngoại biên phổi (distal lung) của con người. Các mô hình trước đây dựa trên bề mặt phẳng và đôi khi được làm bằng vật liệu nhựa, không kết hợp độ cong của phế nang và cứng hơn nhiều so với mô người. Nhóm nghiên cứu đã tạo ra mô hình mới này với vật liệu đại diện cho mô phế nang của con người và kích thích sự phát triển của tế bào trong không gian 3D này.

Trong quá trình kiểm tra tính hiệu quả của mô hình, họ nhận thấy phổi phế nang 3D đã phát triển tế bào hiệu quả trong nhiều ngày và tế bào này có đầy đủ các bề mặt đường thở. Thông qua giải trình tự bộ gen, khi quan sát thấy mô hình phổi phế nang gần giống với ngoại biên phổi của con người hơn so với các mô hình 2D trước đây. Ngoài ra, mô hình phổi gắn trên chip đã kích thích thành công hơi thở của không khí ở tần số bình thường đối với con người.

Ngoài COVID-19, các nhà khoa học còn dự định sử dụng công nghệ này để nghiên cứu một loạt tình trạng bệnh phổi, như một số bệnh ung thư phổi khác nhau. Để tái tạo tác động của hút thuốc đối với phổi, họ đã cho khói ngấm vào các khoang không khí của mô hình, sau đó mô phỏng sự thở, di chuyển khói vào sâu hơn trong phổi. Từ đó, đo tác động của khói và tổn thương tế bào mà nó gây ra.

Tiến sĩ Y. Shrike Zhang cho biết: Trong khi sự đổi mới này có tiềm năng mở rộng khả năng nghiên cứu và điều trị các bệnh về phổi, nhưng mô hình này vẫn đang ở giai đoạn đầu. Hiện tại, phương pháp ghép phổi phế nang chỉ kết hợp hai trong số 42 loại tế bào tồn tại trong phổi. Trong tương lai, chúng tôi hy vọng sẽ kết hợp nhiều loại tế bào hơn vào mô hình để thực hiện nghiên cứu lâm sàng cho phổi người. Và tìm ra được cách các biến thể COVID-19 có thể di chuyển qua đường thở; tác động đến tế bào phổi và liệu pháp COVID-19. Việc sử dụng mô hình này song song với các cơ quan 3D khác, chẳng hạn như ruột, có thể cho phép các nhà khoa học nghiên cứu cách thuốc uống tác động đến các tế bào ở phổi dưới. Công nghệ này cần được triển khai nhanh tìm hiểu và phát triển các phương pháp điều trị bệnh truyền nhiễm mới.

Đ.T.V (NASATI), theo https://medicalxpress.com/news/2021-05-3d-lung-on-a-chip-therapies-covid-lung.html, 3/5/2021