【导读】

肺部的主要功能是在外部环境和内部血管空间之间进行有效的氧气和二氧化碳交换。由于肺部有较大的吸收表面积，可避免（肝）首过效应，在发生肺部疾病的情况下能将药物局部递送到肺部，研究工作者一直非常重视通过肺部给药这一途径。

肺泡破坏是影响许多患者的肺部疾病，例如慢性阻塞性肺疾病（COPD）。我们对肺发育，生理学，病理生理学和药代动力学的认识大多来自动物模型。除了动物测试的伦理问题外，这些模型通常无法合理地概括人类的肺部生理学，从而突显了对人类体外模型的需求。这也相应地强调了肺体外模型的重要性。

而越来越多的证据表明，在近细胞范围内具有曲率半径的表面曲率会影响细胞行为。像小肺泡，肾小管或血管一样，位于小腺泡或肾小管腔内的上皮细胞和内皮细胞表面都是高度弯曲的。但是，目前大多数体外模型中所用的轨迹蚀刻培养膜只能提供平坦的培养表面。鉴于上述曲率对细胞行为的影响，要在体外更真实地反映与体内组织或器官特异性曲率有关的空间细胞排列，则轨迹蚀刻培养膜必须相应地（微）弯曲而不仅仅是平面。

近日，马斯特里赫特大学的 R. Truckenmüller 团队在 Biomaterials 上发表了题为 3D alveolar in vitro model based on epithelialized biomimetically curved culture membranes 的研究论文，提出了一种更真实的肺泡 3D 体外模型。利用 3D 薄膜热成型和离子径迹技术制成曲面膜，这种曲面膜上的细胞 (或细胞层) 在膜上皮化、形成的上皮层细胞密度、横截面形态、增殖和凋亡率方面与平膜上的细胞有显著差异，且具有与平膜相同的紧密屏障功能。这种 3D 曲面膜技术可能为将来建立更多的体外屏障模型奠定基础。

首先研究人员基于 3D 薄膜热成型和离子径迹技术制成曲面的多孔膜。该膜由一系列半球形微孔组成，每个微孔在平面膜上的直径为 3.6±0.5µm，在弯曲膜上的直径为 3.7±0.2 µm。

微热成型和离子径迹刻蚀、多孔和非刻蚀、非多孔微孔阵列的表征

接着研究人员从曲面膜的膜上皮化、上皮层的细胞密度、横截面形态和厚度以及增殖和凋亡率这几个方面与平面膜进行了比较。结果显示，Calu-3、A549 和 HPAEC 这三种细胞类型均可在曲面膜上形成上皮单层，且上皮层的形成过程依赖于细胞类型和接种密度。不过，无论细胞类型如何，在曲面膜上形成的上皮层细胞密度均比平面膜上的细胞密度更高。与平面膜相比，肺上皮细胞系（Calu-3 和 A549）在弯曲膜上始终表现出较低的增殖率和较高的凋亡率。而在屏障功能方面，两种膜上的细胞层均具有相同的低渗透性。

曲面膜的膜上皮化

最后，研究人员将热成型的膜安装在培养物中，并使细胞暴露于空气中进行培养。结果发现 Calu-3 细胞层和 HPAEC 可在气液界面（ALI）上培养长达 3 周，表明曲面膜的多孔薄壁结构使空气培养成为可能。

总之，本文提出的 3D 曲面膜技术也用于其他上皮和 / 或内皮屏障组织的体外模型的构建，比如细支气管、肾小管、肠绒毛、淋巴管或血管模型等，可能会在不久的将来改变此类模型的设计和性能，使其得到广泛的应用。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961220306827