芯片模型让我们看到真菌感染是如何在人类肺部传播的
耶拿研究人员开发的基于芯片的感染模型能够对侵袭性真菌感染曲霉病引起的肺组织损伤进行活体显微镜观察。该团队开发了追踪真菌菌丝传播以及免疫细胞反应的算法。该开发基于耶拿开发的“芯片肺”模型，可以帮助减少动物实验的数量。研究结果发表在《生物材料》杂志上。
曲霉病是一种由烟曲霉引起的霉菌感染，常影响肺部。这种疾病可能是致命的，特别是对免疫功能低下的人。在这些病例中，侵袭性曲霉菌病通常发生在真菌菌丝侵入血管的情况下。到目前为止，只有少数活性物质可以对抗这种真菌感染。“这就是为什么能够在一个模型中代表这种侵入性生长对我们来说如此重要，”该研究的联合负责人玛丽·冯·利利恩菲尔德-托尔说。这位内科医生是耶拿大学医院内科二系的教授，并在莱布尼茨-香港医学院进行研究。
新的曲霉菌感染模型应该有助于更好地观察真菌的生长和免疫系统的反应，并找到可能的新治疗方法。此外，还可以测试新的活性物质。耶拿有这方面的专业技术:大学医院长期以来一直在开发器官芯片。生产研究中使用的肺芯片的初创公司Dynamic42就是在那里成立的。第一作者Mai Hoang在完成博士学位后也加入了该公司。
从器官模型到感染模型
研究负责人Marc Thilo Figge说:“在芯片的帮助下，我们可以在显微镜下实时3D观察和量化曲霉菌病。”他是Leibniz-HKI应用系统生物学研究小组的负责人，也是耶拿弗里德里希·席勒大学的教授。器官模型由两层细胞组成，中间用人工膜隔开。一层暴露在空气中，由肺表面细胞组成。另一层由血管细胞组成，血液样的营养液不断流过它们。
在这个模型中，研究人员添加了真菌。“通过这种方式，我们把器官模型变成了感染模型，”Leibniz-HKI血液学/肿瘤学感染小组成员Susann Hartung解释说，她是三位第一作者之一。她说，困难在于确定正确的感染严重程度。“如果我们在模型中添加太多的烟曲霉，肺细胞就会死亡。如果太少，我们什么都看不到，”分子生物学家补充道。
例如，人类免疫细胞或各种药物可以被添加到这个系统中，正如研究小组在当前的研究中所显示的那样。
图像评价算法
评价三维微观数据是一个重大挑战。“如果我们只看图像，我们就能感受到感染的进展，但我们无法量化。为此，我们需要能够将真菌菌丝或免疫细胞与组织细胞以及周围环境区分开来的算法，”Zoltán Cseresnyés解释道，他也是该论文的第一作者。他是Figge团队的一员，专门从事自动图像分析。
为了使计算机能够区分它们，使用荧光染料对不同的细胞类型进行颜色编码。Cseresnyés解释说:“例如，荧光的强度可以用来确定免疫细胞吃掉了多少真菌。”
“当然，这个模型是一种简化，不能与一个完整的器官一一比较，”Figge说。“但我们认为这对更好地研究真菌感染是一个重要的贡献，因为它可以部分取代动物实验。”该模型现在将进一步优化。
参考:黄秋明，Cseresnyés Z，何东，等。侵入性片上曲霉病:人类烟曲霉感染的定量治疗研究。生物材料．2022; 283:121420。doi:10.1016 / j.biomaterials.2022.121420
本文已从以下地方重新发布材料．注:材料的长度和内容可能经过编辑。如需进一步信息，请联系所引用的来源。
