محققان دستگاه میکروسیالی را برای درک چگونگی تأثیر آلودگی هوا بر ریه ها طراحی کردند

محققان دانشگاه تورنتو در مهندسی زیست پزشکی فناوری جدیدی را توسعه داده اند که یک دستگاه میکروسیال را با یک سیستم جریان هوای جدید ترکیب می کند تا راه های هوایی ریه را تقلید کند. این فناوری دانشمندان و مهندسان را قادر می‌سازد تا آزمایش‌های قرار گرفتن در معرض ذرات را برای بررسی اثرات پاتولوژیک آلاینده‌های هوا بر سلامت تنفسی انجام دهند.

سیوان پارک، دکتری. نامزد انستیتوی مهندسی زیست پزشکی در دانشکده علوم کاربردی و مهندسی و ادموند یانگ، دانشیار گروه مهندسی مکانیک و صنایع، اخیرا یافته های خود را در فناوری های مواد پیشرفته.

دستگاه میکروسیالی-روی-چیپ-معروف به E-FLOAT، مخفف Extractable Floating Liquid-based Organ-on-a-chip-based Organ-on-a-a-chip-based ژل مایع شناور برای مدل سازی بافت راه هوایی تحت جریان هوا- یک سیستم به راحتی قابل تغییر است که در آن دانشمندان می توانند سلول های ریه را رشد دهند. در یک هیدروژل معلق که شبیه بافت ریه است.

محققان این دستگاه را با ریز آسیاب کردن و چسباندن لایه‌های ترموپلاستیک توسعه دادند. این هندسه کانال خاصی را برای رشد سلول ها در خود جای داده است. یک سیستم جریان هوا متصل به دستگاه می تواند نرخ های جریان مختلف هوای گرم و مرطوب را برای شبیه سازی تنفس انسان ایجاد کند.

یانگ می‌گوید: «ما نشان دادیم که بافت راه هوایی ریه را می‌توان در آزمایشگاه به‌صورت ریز مهندسی کرد، در معرض شرایط محیطی مختلف، از جمله جریان هوا و آلاینده‌ها قرار داد، و سپس برای بازجویی بیشتر به‌گونه‌ای استخراج کرد که گویی یک نمونه بافت ریه واقعی است.

در بسیاری از تکرارهای موجود این فناوری، سلول‌هایی که روی دستگاه‌های میکروسیال رشد می‌کنند به تجزیه و تحلیل «روی تراشه» برای ارزیابی تأثیر محرک‌های خارجی، مانند جریان هوا، بر سلامت سلول‌ها محدود می‌شوند. این تحلیلی را که می‌توان انجام داد محدود می‌کند: در حالی که دانشمندان می‌توانند این سلول‌ها را از دستگاه خارج کنند، این فرآیند مکان فضایی سلول‌ها را در رابطه با بافت تغییر می‌دهد و به طور بالقوه نتایج را تغییر می‌دهد.

پارک می‌گوید: «یکی از مزایای E-FLOAT توانایی استخراج بافت بیومیمتیک راه هوایی است که به ما امکان می‌دهد دانش عمیقی را از طریق طیف گسترده‌ای از فناوری‌های تصویربرداری توسعه دهیم.

محققان با موفقیت ذرات معلق در هوا را از طریق جریان هوای کنترل شده به سلول های راه هوایی رساندند تا نحوه تعامل آلاینده های هوا با سلول های ریه را تقلید کنند. آنها سپس کل هیدروژل را استخراج کردند و ذرات و فعل و انفعالات سلولی را تجزیه و تحلیل کردند.

ما به ویژه برای به دست آوردن تصاویر خیره کننده از بخش های بافت شناسی با استفاده از هیدروژل استخراج شده هیجان زده بودیم. نه تنها زیبا به نظر می رسد، بلکه معتقدیم که ممکن است در دیدگاه های بافت شناسی و پاتولوژیک نیز قابل توجه باشد. همچنین بسته به نحوه طراحی ماتریکس سلولی در اثر فعل و انفعالات در E-FLOAT، ممکن است نمایش دقیق تری از بافت راه هوایی چند سلولی از نظر فیزیولوژیکی بدست آوریم.”

یانگ می‌گوید: «در آینده، برنامه این است که از این فناوری برای مطالعه توسعه بیماری‌های ریوی مانند آسم – به ویژه در حضور آلودگی هوا – و همچنین استفاده از آن به عنوان یک مدل پیش بالینی در طول توسعه دارو استفاده شود.

بدیهی است که کارهای زیادی برای انجام دادن وجود دارد، اما ما امیدواریم که با محققان ریه و همکاری با داروسازی در مسیر تحقق این طرح همکاری کنیم.