Эти лёгкие живут и дышат: прорыв, который может положить конец опытам на животных

Почти все исследования лёгких до сих пор упирались в одно ограничение: невозможно в деталях воспроизвести человеческие альвеолы так, чтобы они не просто существовали в лаборатории, а "дышали". Теперь учёные сделали шаг, который может изменить подход к изучению инфекций и лечению хронических болезней. Впервые им удалось создать модель лёгкого, полностью собранную из клеток одного человека и имитирующую дыхательные движения. Об этом сообщают исследователи из Института Фрэнсиса Крика и компании AlveoliX в журнале Science Advances.

Лёгкое-на-чипе без смешивания клеток

Разработка относится к классу "лёгкое-на-чипе" — миниатюрных систем, которые повторяют ключевые функции дыхательной ткани. Главное отличие нового варианта в том, что он полностью построен на клетках одного донора. Для этого исследователи использовали индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSC), которые можно превращать в разные типы тканей, сохраняя исходный генетический профиль.

Такой подход решает проблему, характерную для предыдущих моделей: раньше разные компоненты системы часто брали из разных источников, и клетки могли "не совпадать" по иммунным или генетическим параметрам. Теперь модель становится единым клеточным "организмом", что делает её ближе к реальной физиологии человека. Авторы подчёркивают, что этот метод помогает воспроизводить человеческие системы без экспериментов на животных, у которых иначе устроены лёгкие и иначе работает иммунитет.

Как удалось заставить модель "дышать"

Клеточную конструкцию поместили на специальный чип, способный создавать ритмичное трёхмерное растяжение. За счёт этого система имитирует механическую нагрузку, которую испытывают альвеолы при вдохе и выдохе. Именно такое напряжение влияет на развитие тканей: оно помогает правильно формировать микроструктуры, включая микроворсинки, важные для нормального функционирования дыхательной поверхности.

Для исследователей это принципиальный момент: многие клеточные модели выглядят "похожими", но без механики дыхания они не формируют полноценные структуры и хуже воспроизводят живые процессы. Здесь же можно наблюдать, как ткань ведёт себя в условиях, максимально приближенных к работе лёгких внутри организма.

Туберкулёз под наблюдением в реальном времени

Чтобы изучать туберкулёз, учёные добавили в систему иммунные клетки — макрофаги, причём также полученные от того же донора. Затем в модель ввели бактерии, вызывающие инфекцию, и получили возможность наблюдать ранние этапы заболевания в режиме онлайн.

Особое внимание привлекло образование так называемых "некротических ядер" — структур из погибших иммунных клеток. По данным авторов, эти изменения появлялись за несколько дней до того, как разрушался лёгочный барьер. В реальном организме такие ранние стадии трудно поймать: туберкулёз развивается медленно и может долго оставаться скрытым, поэтому возможность увидеть начало патологического процесса особенно важна.

Новая система открывает путь к персонализированным тестам лечения. Теоретически можно проверять, как конкретный набор антибиотиков или другие подходы работают на модели с определённым генетическим профилем, что приближает лабораторные исследования к индивидуальной медицине. В перспективе технологию планируют использовать и для других респираторных заболеваний, где важно понять первые изменения в ткани лёгких.