编辑推荐：
目前体外模型研究气道生理和疾病存在局限，为克服这些问题，研究人员开展了气道组织外植体长期培养的研究。结果发现该培养方法可维持多种气道组织 14 天以上，能模拟体内特征。这为气道疾病研究提供了新平台，意义重大。
在呼吸道健康与疾病的研究领域，气道上皮作为人体与外界环境的重要屏障，其功能的正常与否直接关乎健康。一旦气道屏障出现故障，各种疾病便可能乘虚而入。过往，体外模型如气液界面（ALI）培养，虽在一定程度上助力了气道上皮屏障功能和生理学的研究，但却无法保留体内的间质结构、黏膜下腺（SMGs）以及上皮与组织驻留免疫细胞的相互作用。动物模型虽提供了另一种研究思路，可将其研究结果转化到人类身上却困难重重。同时，传统的气道外植体培养也面临诸多挑战，例如需要新鲜组织、存活时间短，且培养方式无法模拟体内的气 - 组织界面。正是在这样的背景下，为了突破这些困境，来自美国北卡罗来纳大学（University of North Carolina）等机构的研究人员开展了一系列研究 ，相关成果发表在《SCIENCE ADVANCES》上。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是组织培养技术，制备人源和动物源的气道组织外植体及精确切割肺切片（PCLSs），并在 Gelfoam 海绵上进行培养；二是单细胞 RNA 测序（scRNA - seq）技术，分析不同时间点外植体的细胞群体动态；三是电生理学测量技术，评估外植体的生理功能；四是免疫染色和 RNA 原位杂交技术，检测细胞和基因的表达情况；五是病毒接种技术，研究病毒感染情况。
在研究结果方面：
- 组织架构和细胞类型的维持：研究发现，人源大、小气道外植体在 Gelfoam 上培养 14 天后，上皮呈现假复层且纤毛良好，SMGs 含有 AB - PAS 阳性细胞和分泌物。通过免疫荧光（IF）和 RNA 原位杂交证实，多种特征性上皮、内皮、间质和免疫细胞得以保留。PCLSs 在 Gelfoam 上培养 14 天，能维持肺泡结构和多种细胞类型，且细胞增殖增加了细胞数量。
- 电生理学特性：气道外植体在培养 1 - 2 天或 14 - 15 天后，电生理学功能恢复，其基础短路电流（Isc）等指标与新鲜组织相近，且能体现出疾病相关的表型差异，如囊性纤维化（CF）患者的外植体 CFTR 功能降低。
- 细胞群体动态变化：scRNA - seq 分析显示，外植体和 PCLSs 培养过程中，多种细胞群体比例发生变化，同时细胞代谢也出现适应性改变，如线粒体氧化磷酸化向糖酵解的代谢转变。
- 动物模型适用性：小鼠、兔子和猪的气管外植体在该培养方法下同样可行，兔子气管外植体的电生理学特性在培养后有明显变化，且能检测到较高的黏液纤毛清除（MCC）能力。
- 冷冻保存组织的应用：冷冻保存的气道组织解冻后可制成有活力的外植体，其形态和电生理学特征在培养 14 天后能恢复到新鲜组织水平。
- 病毒感染研究：培养数周后的人源气道外植体和 PCLSs 可用于研究病毒感染，如对仙台病毒（SeV）、呼吸道合胞病毒（RSV）和严重急性呼吸综合征冠状病毒 2（SARS - CoV - 2）的感染研究，发现 SARS - CoV - 2 主要感染纤毛细胞，且气道外植体可激活干扰素介导的宿主先天防御途径。
在研究结论和讨论部分，该研究建立的 Gelfoam - ALI 气道外植体模型具有重要意义。它能在培养中保留气道组织的特征架构和多种细胞谱系，为研究上皮 - 间质和上皮 - 免疫细胞相互作用提供了独特平台。虽然模型存在一些局限性，如兔子和猪气管外植体的电生理学特性与新鲜组织有差异、较薄的气道外植体培养时会收缩、PCLSs 模型中细胞增殖率较高等，但总体而言，该模型极大地拓展了体外气道组织研究的实用性，有望为慢性或反复性损伤、纤维化的诱导与逆转、病毒感染的长期反应等研究开辟新方向。
