研究人员创建了一个生物打印微结构的“人造肺”模型。
新冠疫情显著影响了我们的世界，导致全球近710万人死亡。对此，科学家和医疗专业人士一直在不懈研究这种病毒、其传播方式以及潜在的治疗方法。对疫苗和有效疗法的迫切需求促使韩国加快药物开发进程，以与更发达国家的步伐保持一致。最近，韩国的一组研究人员取得了重大进展，旨在提高呼吸系统疾病研究的效率，引起了广泛关注。
这个研究团队由POSTECH材料科学与工程系的郑盛俊教授和博士生李允智，以及来自韩国化学技术研究院传染病治疗研究中心（KRICT）的金美贤博士和李明奎博士共同领导，骄傲地开发了人造肺。这些创新的人造肺旨在促进对感染的研究以及对呼吸道疾病（包括新冠病毒）的药物测试。他们的开创性研究成果已发表在《生物材料》（Biomaterials）的在线版中，该刊物是专注于生物材料研究的著名期刊。
通常，开发一种新药需要10到15年，成本超过1万亿韩元。这一漫长而昂贵的过程主要是由于当前的研究策略如2D细胞培养和动物实验，无法准确再现体内（在体内）环境。为了缩短开发时间、降低成本并提高成功率，至关重要的是创建与人类生物学密切相似的模型。
在这一创新研究中，研究人员利用通过三维（3D）生物打印技术制成的“3D人造肺”。这一尖端技术利用细胞和生物材料生成逼真的组织和器官，大大减少了在再生医学和药物开发等领域对动物实验的依赖。
新开发的“3D人造肺”具有三个层次——血管内皮、细胞外基质和上皮，类似于人类呼吸系统的结构。该模型准确地反映了人类肺部的结构和功能，包括细胞间连接和粘液产生等关键方面。此外，模型展示了上皮层中高浓度的蛋白质（ACE2和TMPRSS2），这些蛋白质作为新冠病毒的入口，使其即使在少量病毒暴露下也容易感染。与传统的2D细胞培养模型相比，该人造肺模型在暴露五天后仍保持功能长达21天。这一延长的时间使研究人员能够观察因感染造成的细胞损伤和屏障的退化，使他们能够评估与感染途径、病毒复制和宿主免疫反应相关的基因表达变化，这与在新冠患者中观察到的真实数据相一致。
此外，研究团队成功地模拟了新冠病毒治疗手段（如瑞德西韦和莫努匹韦）如何到达受影响的上皮层以抑制病毒复制的机制。与传统2D方法直接将药物应用于上皮细胞不同，本研究在药物经过人造肺的组织屏障后评估了药物的有效性。这一方法提供了对治疗效果的真实评估，便于确定合适的剂量，并帮助识别可能的副作用。
POSTECH的郑盛俊教授强调：“研究人员早已警告类似COVID-19的呼吸道病毒可能在未来十年内出现。”他进一步表示：“这项研究不仅承诺显著减少药物开发所需的时间，还有助于形成针对COVID-19和其他呼吸道疾病的治疗剂。”来自KRICT的金美贤博士补充道：“为了应对未来类似COVID-19的流行病，改进利用3D细胞和组织培养技术反映临床相关性的早期有效性评估系统是至关重要的。此外，利用这一技术促进人类影响病毒的治疗开发研究也非常重要。”
这项研究得到了韩国国家研究基金会的中期研究者计划和卫生福利部的韩国健康技术研发项目的支持。
