Все, что вы хотели знать об ИИ, — в специальном проекте Naked Science!
Перейти
  • Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
28.10.2016
Редакция Naked Science
283

«Легкие-на-чипе» научили курению в затяг

Американские ученые разработали «легкие-на-чипе» для изучения эффектов курения и связанной с ними хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ). Результаты исследования представлены в журнале Cell Systems.

car-4-lg
©Wikipedia

ХОБЛ — заболевание, при котором из-за хронического воспаления бронхов в дыхательных путях ограничивается воздушный поток. Это приводит к дисфункции ресничек, выводящих из легких слизь, эмфиземе (чрезмерному перерастяжению альвеол), системным нарушениям, связанным с сердечно-сосудистой системой и скелетной мускулатурой. Фактором риска этого заболевания считается курение, поэтому изучение воздействия табачного дыма и водяного пара электронных сигарет на эпителий легких важно для понимания механизмов его развития.

 

При этом проведение таких исследований затруднено из-за индивидуальных особенностей между испытуемыми, а животные не могут служить адекватной моделью курильщика, поскольку дышат носом. В свою очередь существующие устройства с культурами клеток мерцательного эпителия не способны воспроизводить дыхательные движения для доставки дыма в бронхи.

 

Устройство системы и ее соответствие действиям курильщика / © Kambez H. Benam et al.

 

В новой работе ученые сконструировали «легкие-на-чипе», которые воспроизводят полный цикл курения. Устройство состоит из микрофлюидной платформы с пористой мемраной, разделяющей просвет для «дыхания» и микроканал для питательной жидкости, и генератора, имитирующего процесс «затяжки». Мембрана заселяется клетками бронхиального эпителия, после чего программируемый микрореспиратор пропускает через просвет сигаретный дым, выполняя функцию диафрагмы. Геометрия системы устроена так, чтобы воспроизводить работу наиболее мелких бронхов и бронхиол (около 1 миллиметра) — они наиболее подвержены воздействию дыма.

 

Авторы описывают эксперимент, в котором устройство имитировало стандартизированный режим курения (12 затяжек на одну сигарету по две секунды каждая, 12 вдохов в минуту, перерыв между затяжками — 22 секунды) с клетками здорового человека. Результаты показали, что обработка дымом в 22 раза увеличила в клетках экспрессию антиоксидантного гена HMOX1, что указывало на окислительный стресс. В целом, процесс изменил экспрессию 335 генов и значительно нарушил работу ресничек: под действием дыма уровень несогласованности их колебаний вырос в четыре раза.

 

Гены-кандидаты, маркирующие ХОБЛ, и шкала уровней их экспрессии / © Kambez H. Benam et al.

 

Эксперименты с клетками пациентов с ХОБЛ показали, что сигаретный дым существенно повышает выработку воспалительного хемокина интерлейкина-8. Полногеномный анализ выявил в этом случае изменения экспрессии 276 генов, 129 из которых наблюдались в здоровых клетках. Авторы также выделили 10 генов-кандидатов, предположительно, связанных с развитием заболевания (на рисунке).

 

По мнению ученых, их «легкие-на-чипе» могут служить инструментом исследований в области воздействия сигаретного дыма в норме и патологии. Кроме того, устройство может использоваться для проведения доклинических испытаний препаратов.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Позавчера, 10:00
Александра Медведева

Окаменелость крошечного морского червя, жившего 525 миллионов лет назад, разрешила вековой спор об эволюции мозга членистоногих. Исследование показало, что мозг первых членистоногих не был сегментирован, а нервная система головы и туловища эволюционировала независимо.

Позавчера, 17:33
Денис Тулинов

Технологии искусственного интеллекта проникают во все сферы жизни. Наука не исключение — ученые начинают использовать машинное обучение все активнее, и за ним уже есть реальные научные достижения. Но это лишь прелюдия: ИИ явился не просто помочь с расчетами, его роль в будущем масштабнее — он усилит наше мышление, указывая на взаимосвязи, которые человеческому уму не видны. Наука изменится. Naked Science полагает, что у нее появился новый способ изучать мир.

Вчера, 14:24
Василий Парфенов

Что такое накопитель энергии? Чем отличается аккумулятор от батареи? В чем настоящее чудо электричества? Вся эволюция человечества тесно связана с нашим умением добывать энергию в разных формах. Но настоящая революция произошла, когда появились технологии преобразования тепла, давления и работы в электричество. Благодаря этому мы научились транспортировать энергию и запасать ее. Дальнейший рост эффективности энергосистем невозможен без накопителей. Naked Science решил разобраться во всех деталях.

Позавчера, 10:00
Александра Медведева

Окаменелость крошечного морского червя, жившего 525 миллионов лет назад, разрешила вековой спор об эволюции мозга членистоногих. Исследование показало, что мозг первых членистоногих не был сегментирован, а нервная система головы и туловища эволюционировала независимо.

Позавчера, 18:10
Мария Азарова

Международный коллектив ученых спрогнозировал наши ежедневные потребности в воде в зависимости от антропометрических, экономических и экологических факторов.

24 ноября
Редакция

Режиссер Илай Сасик (Eli Sasich), вдохновившись классическими научно-фантастическими фильмами «Чужой» и «Бегущий по лезвию», несколько лет назад снял короткометражный фильм «Атропа», который стоит посмотреть, если вы интересуетесь наукой и космическими технологиями.

1 ноября
Анна Новиковская

Когда мы представляем взаимодействие неандертальцев с нашими предками, первобытными людьми, то обычно думаем об агрессивных стычках и конкуренции на охоте. Однако теперь ученые выяснили, что два вида людей взаимодействовали на протяжении как минимум 200 тысяч лет — это слишком долгий срок для активных военных действий, но достаточный для постепенного «растворения» одного вида в другом.

19 ноября
Анна Новиковская

В последний раз черношейного фазанового голубя видели еще в 1882 году, и с тех пор ученые не знали, живет ли еще в лесах острова Фергуссон эта красивая птица. Теперь, наконец, им повезло: одна из камер запечатлела представителя редчайшего подвида фазановых голубей.

24 ноября
Редакция

Режиссер Илай Сасик (Eli Sasich), вдохновившись классическими научно-фантастическими фильмами «Чужой» и «Бегущий по лезвию», несколько лет назад снял короткометражный фильм «Атропа», который стоит посмотреть, если вы интересуетесь наукой и космическими технологиями.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: