COVID-19等呼吸系统疾病已经引发了多次全球大流行，并持续给全球医疗系统带来压力。这些病毒会对肺部造成严重损害，特别是主要针对两个主要部位：上呼吸道（近端区域）和进行气体交换的微小气囊（远端区域或肺泡）。

由于每个肺部区域对感染的反应各不相同，因此很难准确研究这些影响。包括动物试验和基本实验室培养的细胞系统在内的传统方法，往往难以捕捉到人体肺部反应的复杂性。

为了应对这一挑战，京都大学的科学家们创建了一个微生理系统（MPS），该系统能够紧密模拟人体肺部的各个区域。他们设计的这一先进设备能够复制气道和肺泡结构，从而能深入研究呼吸道病毒是如何影响肺部各个部位的。通过将这一系统与同基因诱导多能干细胞（iPSC）相结合，研究人员正在为制定更加精确、个性化的肺部疾病治疗方案铺平道路。

相较于传统模式的优势

“我们的诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells）衍生肺芯片，能够模拟出近端和远端肺区域对呼吸道病毒感染的不同反应，而这些区域均来自同一基因型的来源，”主要作者、京都大学博士生萨钦·亚达夫说道。

该团队的研究为研究组织和病毒特异性疾病机制以及评估药物有效性提供了更精确的平台。此外，他们的方法对于应对未来的大流行病具有重大意义。

“利用所获得的见解，我们可以开发其他人体器官和多器官系统的模型，从而有助于研究器官间的相互作用，”团队负责人横川隆司（Ryuji Yokokawa）指出。

资深研究员野田武士（Takeshi Noda）表示：“准确复制宿主对不同病毒和肺部区域的不同反应的能力，可以极大地增强我们对新出现病毒的了解，并促进药物的早期筛选。”

另一位资深团队成员五味智平补充道：“将诱导多能干细胞整合到我们的多器官芯片系统中具有无可比拟的优势，这些细胞为个性化药物和同基因模型等带来了福音。”

此芯片系统除了可用于病毒感染外，还有望通过利用患者特异性诱导多能干细胞（induced pluripotent stem cells）研究其他疾病，从而增强个性化医疗。

参考文献：《2025年7月16日Sachin Yadav、Kazuya Fujimoto、Toru Takenaga、Senye Takahashi、Yukiko Muramoto、Ryuta Mikawa、Takeshi Noda、Shimpei Gotoh和Ryuji Yokokawa于《自然-生物医学工程》（Nature Biomedical Engineering）上发表的“同源诱导多能干细胞衍生的类器官芯片气道与肺泡模型揭示特定的先天免疫反应”》DOI：10.1038/s41551-025-01444-2

资金来源：日本科学技术振兴机构、日本学术振兴会、日本医疗研究开发署

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