器官晶片雙功效 模擬插管後的細胞損傷與修復

編譯／高晟鈞

美國俄亥俄州立大學開發了一種微型「器官晶片」，可以模擬氣管插管治療時所造成的物理傷害，並模擬人體細胞的修復與恢復情形。

救人也傷人的氣管插管急救

當患者因肺部感染、呼吸道痙攣或是阻塞性肺病造成呼吸功能受損，而無法有效清除呼吸道分泌物，容易引起急性呼吸衰竭，則需要仰賴人工呼吸器治療，以控制惡化症狀。其中，又以侵入性機械通氣，或是我們俗稱的「插管」，對呼吸道的損傷最為嚴重。

呼吸器雖然可以挽救患者生命，但卻也會造成呼吸道的嚴重損傷。細胞層面的損傷，會使微小氣囊和攜帶血液的微血管之間的屏障發生滲漏，導致液體積聚，干擾氧氣進入肺部。這種傷害起初純粹是物理性的，但之後的過程本質上是生物性的，因此更好的了解插管患者的肺損傷情形，並確定治療靶位，對於預防損傷或是後續治療至關重要。

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模擬物理損傷與細胞恢復的微晶片

研究團隊所開發的微晶片，在利用模擬複雜肺基質的合成奈米纖維膜上，生長人類肺細胞，是迄今為止最接近真實肺布環境的晶片系統。除此之外，這也是第一次可以使用同一設備與細胞，來誘導兩種類型以上的細胞損傷。

該晶片主要測試三種類型的機械應力對肺部屏障的影響：肺細胞因過度充氣而拉伸、肺細胞壓力增加以及氣囊的重新打開和關閉。

實驗結果顯示，儘管三種機械應力都會造成肺部損傷，但以氣囊的重新打開和關閉尤為嚴重，因為它會使肺部的液體移動，使細胞暴露在大量的剪切應力下。換句話說，這意謂著醫生需要更審慎評估移除人工呼吸器（拔管）的時機。下一步，研究團隊將結合不同機械應力，建立ICU患者經歷的肺炎與外傷疾病模型，更好地模擬肺部損傷的複雜性。

資料來源:Semiconductor

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