类器官彻底改变了呼吸道感染的研究

生物膜是高度耐药的细菌群落，对感染的治疗提出了重大挑战。虽然对实验室条件下生物膜形成的研究已被广泛进行，但了解它们在人类呼吸道复杂环境中的发展仍然难以捉摸。

洛桑联邦理工学院 Alexandre Persat 领导的研究小组现已成功开发出一种名为 AirGels 的类器官，解决了这个问题。类器官是由干细胞生长而来的微型自组织 3D 组织，用于模仿人体的实际组织和器官。它们代表了该领域的范式转变，使科学家能够在实验室中复制和研究器官的复杂环境。

AirGels 由 Tamara Rossy 和她的同事开发，是人体肺组织的生物工程模型，为感染研究开辟了新的可能性。它们通过精确模拟气道粘膜的生理特性(包括粘液分泌和纤毛跳动)彻底改变了感染研究。这项技术使科学家能够以更现实、更全面的方式研究气道感染，缩小了体外研究和临床观察之间的差距。

“关于这项研究有很多话要说，但用于感染研究的类器官工程具有巨大的潜力，”佩萨特说。“它改变了游戏规则。”

在发表在《公共科学图书馆·生物学》上的这项研究中，研究人员使用 AirGels 来研究粘液在铜绿假单胞菌(一种通常对抗生素具有耐药性的病原菌)形成生物膜过程中的作用。通过用铜绿假单胞菌感染气凝胶并在高分辨率活体显微镜下研究它们，他们能够实时形成细菌生物膜。

他们的观察结果表明，铜绿假单胞菌利用称为 IV 型菌毛 (T4P) 的伸缩丝主动诱导宿主粘液收缩。T4P 细丝产生必要的力来收缩气道粘液，从而使铜绿假单胞菌细胞聚集并形成生物膜。研究人员通过对选定的铜绿假单胞菌突变体进行后续模拟和生物物理实验验证了他们的发现。

该研究表明，AirGel 类器官模型可以为细菌与其宿主环境之间的机械相互作用提供独特的见解，在这种情况下，揭示了一种先前未知的有助于呼吸道生物膜形成的机制。

能够设计忠实复制粘膜环境的类器官开辟了新的探索途径，使研究人员能够发现感染中被忽视的方面，研究其他生理因素(例如温度、湿度、药物和化学应激源)对发展和感染的影响。感染的进展，并开发针对抗生素耐药病原体的针对性治疗方法。