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为解决肺部研究缺乏合适模型、肺泡上皮细胞（AECs）与巨噬细胞相互作用机制不明等问题，研究人员开展诱导肺泡组装体（iAlvAssemb）的研究。结果显示 iAlvAssemb 能模拟人体肺部细胞功能和免疫反应。这为研究肺部发育、免疫和疾病提供了新平台。
肺部，作为人体的重要呼吸器官，其复杂的生理结构和功能一直是医学和生命科学领域的研究重点。肺泡上皮细胞（AECs）和肺泡巨噬细胞（AMs）在肺部的发育、日常功能维持以及疾病发生发展过程中都扮演着极为关键的角色。AECs 形成的物理屏障能保护肺部免受有害吸入物的侵害，还参与气体交换和表面活性物质的产生；AMs 则负责吞噬吸入的颗粒、病原体和凋亡细胞，维持肺部的清洁和稳定。然而，由于肺部结构和功能的复杂性，目前对于 AECs 和 AMs 之间的相互作用机制，以及这些机制在肺部疾病发生发展过程中的具体作用，科学家们还知之甚少。现有的研究模型，如基于原代人类细胞的实验，在可扩展性、可重复性以及模拟复杂细胞微环境等方面存在诸多挑战，难以满足深入研究的需求。
在这样的背景下，韩国研究机构的研究人员展开了一项极具创新性的研究。他们致力于构建一个能够模拟人体肺部细胞微环境的平台，深入探究 AECs 和 AMs 之间的相互作用，以及这种相互作用与肺部疾病之间的关联。研究成果发表在《Nature Communications》上，为肺部疾病的研究开辟了新的方向。
研究人员在此次研究中，运用了多种先进的技术方法。其中，单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）技术被用于分析细胞群体的基因表达谱，以探究细胞间的相互作用和基因表达变化；基因编辑技术（如 CRISPR/Cas9）则用于创建基因敲除细胞系，从而明确特定基因在细胞功能和相互作用中的作用；此外，还通过免疫细胞化学（ICC）、酶联免疫吸附测定（ELISA）等技术，对细胞的蛋白质表达和细胞因子分泌进行检测分析。实验所用细胞系包括人胚胎干细胞（hESCs）和人诱导多能干细胞（hiPSCs）等。
下面来具体看一下研究结果：
- 诱导肺泡组装体（iAlvAssemb）的构建：研究人员从人多能干细胞（hPSCs）中成功诱导分化出肺泡上皮类器官（iAEOs）和诱导巨噬细胞（iMφ），并通过优化共培养基，建立了 iAlvAssemb 模型。在这个模型中，iAEOs 和 iMφ 能够在保持各自特性的同时相互作用，巨噬细胞会向 iAEOs 迁移聚集，并且分泌多种趋化因子和细胞因子，表明 iAlvAssemb 成功营造出了动态的细胞微环境。
- 细胞间的相互作用及表型变化：通过 scRNA-seq 分析发现，在 iAlvAssemb 中，iMφ 和 iAEOs 形成了与原始细胞不同的细胞簇，基因表达发生了显著变化。iMφ 获得了类似 AM 的表型，表达了更多的 AM 富集基因，功能也得到了提升，如脂质摄取能力增强。同时，iAEOs 中与表面活性剂代谢相关的基因表达也发生了改变。
- iMφ 的组织适应性及相关机制：研究发现，iAEOs 分泌的粒细胞 - 巨噬细胞集落刺激因子（GM - CSF）对 iMφ 的组织适应性起着关键作用。GM - CSF 能够促进 iMφ 表达与组织适应相关的基因，增强其脂质摄取能力。通过基因编辑技术敲除 iAEOs 中的 GM - CSF 基因后，iMφ 的这些功能显著受损。
- 对肺泡损伤的功能响应：利用博来霉素诱导肺泡上皮损伤后发现，iAlvAssemb 中的 iMφ 能够有效清除受损的肺泡细胞，吸收氧化脂质，这与 AMs 在体内维持组织稳态的功能一致，表明 iAlvAssemb 能够模拟体内细胞的功能。
- 免疫反应及疾病模型构建：对 iAlvAssemb 进行脂多糖（LPS）刺激和结核分枝杆菌（M.tb）感染实验，结果显示 iAlvAssemb 能够产生免疫反应，模拟人体肺部感染的病理过程。例如，在 LPS 刺激后，巨噬细胞和 AECs 的基因表达发生变化；M.tb 感染实验中，iMφ 对 M.tb 具有易感性，且感染后细胞的代谢活动发生改变。
研究结论和讨论部分表明，这项研究成功构建了 iAlvAssemb 平台，该平台能够模拟人体肺部细胞的相互作用和免疫反应，为研究肺部发育、免疫和疾病提供了新的有力工具。通过该平台，研究人员揭示了 AECs 和 AMs 相互作用的新机制，如 GM - CSF 在调节 iMφ 功能中的重要作用，以及白细胞介素对 AECs 中表面活性剂相关基因表达的影响。这不仅有助于深入理解肺部疾病的发病机制，还为开发新的治疗策略提供了理论依据。然而，目前的模型还存在一定的局限性，如未涵盖肺部组织中的所有细胞类型，对于 iMφ 归巢机制的了解也还不够深入。未来，需要进一步优化 iAlvAssemb 模型，更全面地模拟肺部组织的复杂性，从而推动肺部疾病研究取得更大的进展。
