應(yīng)用案例-在多器官芯片平臺上模擬人的呼吸道

應(yīng)用案例（類器官培養(yǎng)儀-HUMIMIC）：在多器官芯片平臺上模擬人的呼吸道

Philip Morris International and TissUse develop a human aerosol test platform to emulate the entire human respiratory tract

Neuchâtel， Switzerland and Berlin， Germany， June 21st， 2021

Tissuse建立了廣泛應(yīng)用的人體類器官芯片培養(yǎng)系統(tǒng)HUMIMIC Multi-Organ-Chip （MOC）平臺，可以在體外實現(xiàn)功能性的人體組織反應(yīng)。PMI（菲莫國際）的InHALES吸入技術(shù)結(jié)合TissUse的專有的多器官芯片（MOC）平臺，使功能人體組織的吸入暴露在內(nèi)穩(wěn)態(tài)的微小規(guī)模的體外。新型集成測試平臺將允許對肺模型進(jìn)行急性和亞慢性測試，并結(jié)合微型化的人肝等效物，從而能夠評估對肺上皮生物屏障的局部影響、物質(zhì)進(jìn)入血液循環(huán)以及最終的全身影響�？傊�，HUMIMIC–InHALES將提供一個高度預(yù)測模型，用于評估吸入氣溶膠及其成分（如環(huán)境毒素、煙霧顆粒、空氣傳播病原體和可吸入藥物）的呼吸道毒性和全身人體影響。

PMI（菲莫國際）和TissUse已經(jīng)簽署了一項合作協(xié)議，利用PMI的吸入技術(shù)結(jié)合TissUse的專有的多器官芯片（MOC）平臺，使功能人體組織的吸入暴露在內(nèi)穩(wěn)態(tài)的微小規(guī)模的體外。這兩個合作伙伴將開發(fā)一個高度創(chuàng)新的集成人體氣溶膠測試平臺，該平臺在尺寸和結(jié)構(gòu)上模擬整個人類呼吸道。PMI建立了一個完美匹配人類呼吸道（respiratory tract， respiratory tract， respiratory tract）架構(gòu)和特征的平臺。tissue suse建立了廣泛應(yīng)用的HUMIMIC Multi-Organ-Chip （MOC）平臺，可以在體外實現(xiàn)功能性的人體組織反應(yīng)。這兩種技術(shù)之間的界面將允許人體在類似活體組織的背景下接觸復(fù)雜的氣溶膠和人類肺部的呼吸性能。新型集成HUMIMIC–InHALES測試平臺將允許對肺模型進(jìn)行急性和亞慢性測試，并結(jié)合微型化的人肝等效物，從而能夠評估對肺上皮生物屏障的局部影響、物質(zhì)進(jìn)入血液循環(huán)以及最終的全身影響。總之，HUMIMIC–InHALES將提供一個高度預(yù)測模型，用于評估吸入氣溶膠及其成分（如環(huán)境毒素、煙霧顆粒、空氣傳播病原體和可吸入藥物）的呼吸道毒性和全身人體影響。

該協(xié)議滿足了PMI將氣溶膠應(yīng)用擴(kuò)展到探索研究和轉(zhuǎn)化科學(xué)新方法開發(fā)的雄心，這不僅有助于推進(jìn)PMI產(chǎn)品的研究和開發(fā)，還廣泛支持PMI核心業(yè)務(wù)之外的生物醫(yī)學(xué)研究。菲利普·莫里斯國際公司全球探索部負(fù)責(zé)人Julia Hoeng博士解釋道。

“該協(xié)議將兩家公司互補(bǔ)的理念、技術(shù)和經(jīng)驗協(xié)同起來。我們非常期待通過此次合作提高TissUse的創(chuàng)新性產(chǎn)品和分析組合。TissUse的首席執(zhí)行官Reyk Horland博士解釋道。

關(guān)于多器官芯片（MOC）技術(shù)

TissUse的專有商業(yè)MOC技術(shù)平臺是一個微流控微生理系統(tǒng)，能夠維持和培養(yǎng)微型器官等效物，可以在長時間內(nèi)模仿其相應(yīng)的全尺寸對等物的生物功能。該系統(tǒng)包含了生物的主要特征，如脈動流體流動、機(jī)械和電耦合、生理組織與流體和組織與組織的比率。這支持了大量物質(zhì)分析的發(fā)展，從急性和重復(fù)劑量毒性分析到長期疾病治療（療效分析）。該技術(shù)允許在一次性芯片微生理系統(tǒng)上靈活定制不同組織結(jié)構(gòu)或器官的組合。該平臺支持的器官當(dāng)量數(shù)量范圍從單個器官培養(yǎng)到能夠支持復(fù)雜器官相互作用研究的器官數(shù)量。最早的商用平臺支持單器官、雙器官、三器官和四器官培養(yǎng)。在TissUse上提供的器官模型包括肝臟、腸道、皮膚、血管系統(tǒng)、神經(jīng)元組織、心臟組織、軟骨、胰腺、腎臟、甲狀腺、毛囊、肺組織、脂肪組織、腫瘤模型和骨髓。進(jìn)一步的器官模型正在開發(fā)中。該平臺還包括HUMIMIC起動裝置，最多可同時運(yùn)行4個moc。這些單元提供了控制和監(jiān)控任何芯片上器官安排所需的靈活性。

關(guān)于InHALES技術(shù)

PMI專有的吸入技術(shù)指的是一種氣溶膠暴露裝置，其尺寸、結(jié)構(gòu)和功能與人類呼吸道非常相似。它允許使用類人肺模型研究吸入氣溶膠的沉積和吸附，從而使體外人體呼吸毒性的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確和可預(yù)測。目前的體外氣溶膠暴露系統(tǒng)通常不能模擬這些特性，這可能導(dǎo)致在體外生物測試系統(tǒng)中交付非現(xiàn)實的、非人體相關(guān)的可吸入試驗物質(zhì)劑量。PMI研發(fā)的新一代體外氣溶膠暴露裝置-吸入器可主動呼吸、操作醫(yī)用吸入器，或吸吸煙草制品。此外，它可以填充從人類呼吸道不同區(qū)域分離的三維上皮細(xì)胞。最近，關(guān)于該系統(tǒng)與口腔、支氣管和肺泡細(xì)胞培養(yǎng)物的氣溶膠傳遞和相容性的概念證明得到了證實（Steiner等，2020年）。

吸入器采用了一種新的調(diào)整體外和體內(nèi)劑量學(xué)的策略；不是測定在體內(nèi)傳遞的劑量（我們將其定義為氣溶膠質(zhì)量或沉積在暴露細(xì)胞培養(yǎng)上的給定氣溶膠成分的質(zhì)量）并將其應(yīng)用于測試系統(tǒng)，吸入產(chǎn)生的生理條件下，測試大氣很可能表現(xiàn)在他們將在一個活著的人的呼吸道的方式。這種反向方法的優(yōu)點是，它無需花費(fèi)昂貴、耗時和具有科學(xué)挑戰(zhàn)性的工作來確定體內(nèi)提供的劑量，默認(rèn)情況下，適用于任何測試氣體和任何測試成分。此外，通過功能和結(jié)構(gòu)上模仿人類呼吸道，該系統(tǒng)消除了在處理呼吸道不同區(qū)域時重復(fù)暴露的需要，因為一個單一的系統(tǒng)涵蓋并允許同時暴露所有隔間，并能夠測試任何相關(guān)的呼吸模式或行為。由于該系統(tǒng)能夠自行產(chǎn)生或取樣測試氣溶膠，且其方式與人類呼吸道的做法高度相似，因此消除了在外部測試大氣產(chǎn)生或取樣過程中引入實驗人工制品的風(fēng)險。最后，系統(tǒng)內(nèi)與生理相關(guān)的劑量可以相對容易地量化，因為該系統(tǒng)允許完全可訪問的取樣和探針；因此，該系統(tǒng)的適用性并不局限于體外暴露；相反，該系統(tǒng)也是劑量學(xué)應(yīng)用的一個有價值的工具。

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