人类鼻腔上皮细胞嵌入的培养芯片对空气污染的灵敏反应

晓说

近日，研究指出上呼吸道是防御空气污染物的第一道防线，包括过敏原、细菌和环境毒物。手指状的突起称为纤毛附着在人类粘膜或上皮表面，当人受到刺激时来回摇摆。这种调整“击败”纤毛运动有助于清除异质，也是一个重要的保护机制。

研究者们已经发明了第一个微流体装置，它能够直接观察纤毛的和它们在聚酯膜上的运动频率。人工系统是用来观察空气污染物对上呼吸道细胞的影响。

研究人员使用玻璃和透明的可塑聚合物构建他们的微流体装置以确保能看见清晰的纤毛和它们的活动。膜设计的目的在于支持人类鼻腔上皮干细胞的培养和分化，这些细胞插入到设备的一个小室中然后新鲜的或受污染的空气通过一个小通道进入。

与人类鼻腔上皮干细胞膜种5周后，研究人员可以观察运动纤毛的形成。纤毛跳动频率有不同样本，但差异通常在几赫兹内。

新鲜空气进入到设备小室内时，研究人员观察到相对于基线值纤毛跳动频率下降3%。相反，当空气混合0.5毫克每立方米甲醛时通过人体小室内时，他们观察到相对于基线值纤毛跳动频率增加7.4%。进一步提高甲醛浓度到1毫克每立方米时，相对于基线值纤毛跳动频率大幅提升至136.4。在更高的甲醛浓度为3.0毫克每立方米时，然而，研究人员观察到一个意想不到的结果，也就是纤毛跳动频率开始下降，这可能是由于甲醛造成的不可逆的细胞损伤。

通过对纤毛跳动频率的观测，实验模型中这项工作为临床应用提供了更多的现实经验。设备可以直接用来测试毒性和毒性机制，筛选药物，减少刺激，评估与特定的空气污染物有关的风险水平。“该技术已经应用在化学分析、环境监测、医疗诊断和细胞研究中”研究人员说。