人的一对肺通过大约164英尺的血管(大致是足球场的宽度)的网络渗透，包括微观毛细血管，其促进氧气扩散到血流中以换取二氧化碳。任何这些血管的损伤都可能导致血栓或血栓形成，从而导致或加剧许多肺部疾病，包括肺炎，急性肺损伤和急性胸部综合症。

一些药物的使用也受到它们促进肺血管中凝块形成的倾向的限制。开发和测试治疗或预防肺血栓形成的药物是困难的，因为肺中许多不同细胞类型之间复杂的相互作用阻碍了梳理凝块形成的确切原因的努力。体外。

“在动物体内提取特定的机制是非常困难的，并且在进行人体临床试验时，毒理学或药物发现方面的许多工作都失败了，”共同第一作者，前Wyss研究所博士后Abhishek Jain博士说。德克萨斯A&M大学生物医学工程助理教授。“像我们的片上血栓形成这样的体外模型是从头开始制作的，所以你可以将它们构建成你想要研究的问题所需的那么复杂。”

为了应对这一挑战，该团队使用了Wyss研究所开发的有机芯片(器官芯片)技术，该技术涉及工程微流体培养装置，其中两个平行通道由多孔细胞外基质涂层膜隔开。相对于先前描述的肺部芯片而言，这种新设计的关键创新是多孔膜的上表面由原始人肺泡上皮细胞排列，下部血管通道的所有侧面都涂有一层肺微血管内皮细胞准确模拟人肺毛细血管。由于血小板和其他细胞发生血栓形成，该团队首次通过芯片的下部内皮衬里通道灌注全人血，同时将空气引入上部通道。体外。

“这是我们第一次看到血栓的形成与你在体内看到的相同的动力学和形态学，这是研究和最终治疗导致许多危及生命的疾病的血液凝块的重要一步。”唐纳德英格尔说， MD，博士，该研究的高级作者，哈佛医学院血管生物学的Judah Folkman教授和波士顿儿童医院的血管生物学项目，以及哈佛大学工程与应用学院的生物工程教授。科学(SEAS)。

该团队通过复制源自肺部气道的炎性肺损伤进一步测试了芯片的功能 - 这是最可能的病原体或其他有害物质的来源。他们引入了脂多糖内毒素(LPS)，这是一种在某些类型细菌表面发现的炎症化学物质，已知会在体内诱导凝块形成，进入芯片的上下通道。当他们将LPS直接添加到内皮衬里的血液通道时，他们惊讶地发现LPS对血栓形成没有影响;但是，当加入空气通道时，它会诱导面向空气的上皮细胞触发一系列细胞因子，这是一类炎症信号分子，在下层内皮中引发血凝块形成。“上皮细胞是呼吸道的守护者 - 它们需要对空气传播的病原体敏感，然后向身体的其他部分发出危险信号，”共同作者Riccardo Barrile博士说，他也是前Wyss研究所的博士后研究员现任Emulate，Inc。首席研究员。“这项研究表明，信息从上皮细胞传播到内皮细胞，

除了促进发现关于肺损伤促进血凝块形成的机制的关键见解之外，片上血栓形成还允许在体外器官水平系统上测试潜在药物。，这种方法对制药公司具有极大的吸引力。与HMS和Beth Israel Deaconess医学中心血液学副教授Robert Flaumenhaft博士合作，研究小组将炎症抑制剂parmodulin-2(PM2)引入装置的血管通道，并发现在向气道通道添加LPS后，它显着减少了血管壁上的凝块数量。这种药物活性的确认，以及LPS仅通过直接作用于上皮引起血栓形成的见解，在体内很难实现，因为血流和单个细胞区室不能单独控制，因为它们可能在器官中 -级芯片。

该团队计划通过引入模拟芯片呼吸的机械力并分析免疫细胞如中性粒细胞在血凝块形成中的作用来继续其肺血栓形成工作。“通过包括全血，我们达到了复杂性和精确度的新标准，用于在健康和疾病中模仿人体，”Barrile说。“这项研究证实，我们正在重述器官水平对肺损伤的反应，强调这是一个真正的片上器官，而不仅仅是片上组织，”Ingber补充道。