应用案例-在多器官芯片平台上模拟人的呼吸道

应用案例（类器官培养仪-HUMIMIC）：在多器官芯片平台上模拟人的呼吸道

Philip Morris International and TissUse develop a human aerosol test platform to emulate the entire human respiratory tract

Neuchâtel， Switzerland and Berlin， Germany， June 21st， 2021

Tissuse建立了广泛应用的人体类器官芯片培养系统HUMIMIC Multi-Organ-Chip （MOC）平台，可以在体外实现功能性的人体组织反应。PMI（菲莫国际）的InHALES吸入技术结合TissUse的专有的多器官芯片（MOC）平台，使功能人体组织的吸入暴露在内稳态的微小规模的体外。新型集成测试平台将允许对肺模型进行急性和亚慢性测试，并结合微型化的人肝等效物，从而能够评估对肺上皮生物屏障的局部影响、物质进入血液循环以及最终的全身影响。总之，HUMIMIC–InHALES将提供一个高度预测模型，用于评估吸入气溶胶及其成分（如环境毒素、烟雾颗粒、空气传播病原体和可吸入药物）的呼吸道毒性和全身人体影响。

PMI（菲莫国际）和TissUse已经签署了一项合作协议，利用PMI的吸入技术结合TissUse的专有的多器官芯片（MOC）平台，使功能人体组织的吸入暴露在内稳态的微小规模的体外。这两个合作伙伴将开发一个高度创新的集成人体气溶胶测试平台，该平台在尺寸和结构上模拟整个人类呼吸道。PMI建立了一个完美匹配人类呼吸道（respiratory tract， respiratory tract， respiratory tract）架构和特征的平台。tissue suse建立了广泛应用的HUMIMIC Multi-Organ-Chip （MOC）平台，可以在体外实现功能性的人体组织反应。这两种技术之间的界面将允许人体在类似活体组织的背景下接触复杂的气溶胶和人类肺部的呼吸性能。新型集成HUMIMIC–InHALES测试平台将允许对肺模型进行急性和亚慢性测试，并结合微型化的人肝等效物，从而能够评估对肺上皮生物屏障的局部影响、物质进入血液循环以及最终的全身影响。总之，HUMIMIC–InHALES将提供一个高度预测模型，用于评估吸入气溶胶及其成分（如环境毒素、烟雾颗粒、空气传播病原体和可吸入药物）的呼吸道毒性和全身人体影响。

该协议满足了PMI将气溶胶应用扩展到探索研究和转化科学新方法开发的雄心，这不仅有助于推进PMI产品的研究和开发，还广泛支持PMI核心业务之外的生物医学研究。菲利普·莫里斯国际公司全球探索部负责人Julia Hoeng博士解释道。

“该协议将两家公司互补的理念、技术和经验协同起来。我们非常期待通过此次合作提高TissUse的创新性产品和分析组合。TissUse的首席执行官Reyk Horland博士解释道。

关于多器官芯片（MOC）技术

TissUse的专有商业MOC技术平台是一个微流控微生理系统，能够维持和培养微型器官等效物，可以在长时间内模仿其相应的全尺寸对等物的生物功能。该系统包含了生物的主要特征，如脉动流体流动、机械和电耦合、生理组织与流体和组织与组织的比率。这支持了大量物质分析的发展，从急性和重复剂量毒性分析到长期疾病治疗（疗效分析）。该技术允许在一次性芯片微生理系统上灵活定制不同组织结构或器官的组合。该平台支持的器官当量数量范围从单个器官培养到能够支持复杂器官相互作用研究的器官数量。最早的商用平台支持单器官、双器官、三器官和四器官培养。在TissUse上提供的器官模型包括肝脏、肠道、皮肤、血管系统、神经元组织、心脏组织、软骨、胰腺、肾脏、甲状腺、毛囊、肺组织、脂肪组织、肿瘤模型和骨髓。进一步的器官模型正在开发中。该平台还包括HUMIMIC起动装置，最多可同时运行4个moc。这些单元提供了控制和监控任何芯片上器官安排所需的灵活性。

关于InHALES技术

PMI专有的吸入技术指的是一种气溶胶暴露装置，其尺寸、结构和功能与人类呼吸道非常相似。它允许使用类人肺模型研究吸入气溶胶的沉积和吸附，从而使体外人体呼吸毒性的数据更加准确和可预测。目前的体外气溶胶暴露系统通常不能模拟这些特性，这可能导致在体外生物测试系统中交付非现实的、非人体相关的可吸入试验物质剂量。PMI研发的新一代体外气溶胶暴露装置-吸入器可主动呼吸、操作医用吸入器，或吸吸烟草制品。此外，它可以填充从人类呼吸道不同区域分离的三维上皮细胞。最近，关于该系统与口腔、支气管和肺泡细胞培养物的气溶胶传递和相容性的概念证明得到了证实（Steiner等，2020年）。

吸入器采用了一种新的调整体外和体内剂量学的策略；不是测定在体内传递的剂量（我们将其定义为气溶胶质量或沉积在暴露细胞培养上的给定气溶胶成分的质量）并将其应用于测试系统，吸入产生的生理条件下，测试大气很可能表现在他们将在一个活着的人的呼吸道的方式。这种反向方法的优点是，它无需花费昂贵、耗时和具有科学挑战性的工作来确定体内提供的剂量，默认情况下，适用于任何测试气体和任何测试成分。此外，通过功能和结构上模仿人类呼吸道，该系统消除了在处理呼吸道不同区域时重复暴露的需要，因为一个单一的系统涵盖并允许同时暴露所有隔间，并能够测试任何相关的呼吸模式或行为。由于该系统能够自行产生或取样测试气溶胶，且其方式与人类呼吸道的做法高度相似，因此消除了在外部测试大气产生或取样过程中引入实验人工制品的风险。最后，系统内与生理相关的剂量可以相对容易地量化，因为该系统允许完全可访问的取样和探针；因此，该系统的适用性并不局限于体外暴露；相反，该系统也是剂量学应用的一个有价值的工具。

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