[发明专利]用于生物毒性检测的肺组织模型及生物毒性检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及生物医学领域，具体地，涉及一种用于生物毒性检测的肺组织模型及生物毒性检测方法，更具体地，涉及肺组织模型的体外仿生构建以及利用该模型进行环境PM2.5生物毒性以及药物生物毒性的检测。

背景技术

据北京市环保局公布的数据，2013年北京市优良天数仅为176天，不足50％。而五、六级重污染天数累计达58天。空气污染(“雾霾”)已经成为中国面临的严重问题。空气污染可以引起急性和慢性呼吸道疾病，心脏病和肺癌等疾病，严重威胁人类健康。2014年3月25日，世界卫生组织公布的最新数据显示2012年全球因空气污染死亡的人数高达700万。其中，室外空气污染导致约370万人过早死亡。其主要原因是暴露于PM10中。

PM10(particulate matter 10)是指空气中直径小于10微米的颗粒物。短期的暴露于PM10中会造成呼吸系统疾病，但长期致死的原因主要是由于直径更小的PM2.5。空气中PM2.5的来源复杂，其中包括物质燃烧、汽车尾气、尘土等。同样，PM2.5的颗粒成分也非常复杂，既有有机物质，也有金属等物质。不同来源和成分的PM2.5颗粒的致病机理也不尽相同。

目前，针对PM2.5毒性的检测方法，主要是利用物理方法检测空气中粒子的数量，然后再根据数量范围估算出其生物毒性。但如前文所述，PM2.5成分的复杂性，决定了同浓度的不同成分的颗粒物的生物毒性具有差异，物理的检测方法已经不能准确表征PM2.5的生物毒性。

在生物体中，肺是承担呼吸作用的重要器官，包含上呼吸道和下呼吸道，由40余种细胞组成，结构和组成极为复杂。与血液直接进行气体交换的是肺泡。人肺中具有肺泡300多万个，面积约70m²，平均直径200μm。PM2.5等有害气体主要影响的是肺泡，肺泡主要有三种细胞组成，Ⅰ型肺泡细胞，Ⅱ型肺泡细胞和巨噬细胞。Ⅰ型肺泡细胞，在肺泡内表面展开形成紧密连接，占肺泡约95％的面积，而Ⅱ型肺泡细胞合成和分泌细胞活性剂，主要起分泌和祖细胞的功能。巨噬细胞则存在于肺间质，吞噬、清除外来的尘粒或病原。

研究者对纳米粒子引发肺及相关疾病的机制仍旧缺乏足够的了解。这是因为这些关于粒子生物毒性的研究工作多是基于传统的二维细胞培养模型和动物模型。而传统的动物模型涉及免疫准确、成本和伦理等问题，不是PM2.5毒性研究的理想模型。二维细胞培养模型缺乏体内肺组织的三维特征，使之也不能准确的表征纳米粒子的生物毒性。因此，后续的研究者利用三维体外肺模型研究肺病机理，环境毒性，药物安全等领域。但面对体内复杂的肺部组织结构，如何构建一个高度仿生的三维体外肺模型，是一个重要且困难的问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出了一种用于生物毒性检测的肺组织模型，所述用于生物毒性检测的肺组织模型可以实现体内肺组织的仿生。

本发明还提出了一种PM2.5生物毒性的检测方法。

本发明还提出了一种药物生物毒性以及吸入式药物生物毒性的检测方法。

根据本发明实施例的用于生物毒性检测的肺组织模型，包括：气管，所述气管内限定有气体通道，所述气管的两端设有分别与所述气体通道导通的进气口和出气口；血管，所述血管内限定有血液通道，所述血管的两端设有分别与所述血液通道导通的进液口和出液口；和肺泡单元，所述肺泡单元内限定有腔室，所述肺泡单元的壁形成为弹性透气膜，所述肺泡单元设在所述血液通道内且所述腔室与所述气体通道导通。

根据本发明实施例的肺组织模型，实现了模拟体内肺部血液的气体交换功能以及呼吸应变作用；通过在肺泡单元部分种植细胞，在后续培养过程中可实现体内肺泡单元的结构和功能的仿生以及模拟免疫细胞的炎症反应。

另外，根据本发明上述实施例的用于生物毒性检测的肺组织模型还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述肺泡单元形成为空心球状，所述肺泡单元与所述气管之间设有连接管，所述连接管导通所述腔室和所述气体通道。

根据本发明的一个实施例，所述连接管包括两个，其中一个所述连接管与所述进气口连通且另一个所述连接管与所述出气口导通。

根据本发明的一个实施例，所述血管中部设有容纳腔，所述容纳腔与所述血液通道导通且所述容纳腔的径向尺寸大于所述血液通道的径向尺寸，所述肺泡单元设在所述容纳腔内。