学术界和企业研究部门已经将重点从二维（2D）细胞培养转移到使用三维（3D）模型系统，在过去20年里，三维模型系统变得越来越重要，尤其是在使用复杂的器官模型时，为我们提供了更多的相关数据，因为3D细胞培养中细胞经历的环境更接近于人体的生理条件。

 

为了研究特定的器官或组织，人们需要相应地选择细胞类型，例如，使用由肺部细胞形成的球状体或类器官可以为我们提供研究肺部疾病的宝贵数据。众所周知，空气污染物，如柴油机废气颗粒（DEPs）对我们的肺部健康产生负面影响，是一个主要的公共卫生问题。它们也被认为会增加患高度相关的肺部疾病的风险，如COPD或哮喘。

 

上皮细胞的变化标志着肺部疾病的发生

支气管上皮细胞（BEC）的培养是体外研究肺部疾病发展的绝.佳途径。这些细胞形成了我们下呼吸道的天然内衬。我们从以前的研究中知道，当肺部受损时，这些细胞会发生特定的变化。这些变化之一是上皮细胞向间质细胞过渡（EMT），其中上皮细胞失去了它们的一些特性，同时获得了间质特性。从细胞的角度来看，这是一个相当剧烈的转变，因为上皮细胞和间质细胞是相当不同的，并且起源于胚胎子叶的不同部位。

 

BECs的变化可由激素引起

有趣的是，BECs的EMT可以通过暴露于激素转化生长因子-β1（TGF-β1）来诱导^[1]。当暴露于DEPs时，这种生长因子也参与了导致EMT的信号传导途径^[2]。对这种关键激素功能的了解使我们能够研究与TGF-β1相互作用的各种药物对细胞及其行为的影响。

 

三维BEC培养使治疗COPD的研究成为可能

如果TGF-β1负责EMT，从而引起肺部的病理表型，那么是否有可能阻断TGF-β1的作用，从而防止EMT？Zuo及其同事^[2]研究了这个重要问题。研究表明，使用一种阻断TGF-β1信号传导的TGF-β1中和抗体也能抑制EMT。这意味着使用这种抗体或其他干扰这种信号通路的药物是开发治愈各种肺部疾病或普遍改善患者肺功能的有趣候选药物。

 

还有很多东西有待发现

这只是细胞培养如何为我们提供开发新疗法的新思路的众多例子之一。类似的结果在动物模型中也可以实现，但会涉及更高的成本和更多的时间。三维细胞培养可以作为第一步，在动物模型测试之前评估药物的安全性和有效性。

 

参考文献
 

1. Borthwick LA, Gardner A, De Soyza A, Mann DA, Fisher AJ. Transforming Growth Factor-β1 (TGF-β1) Driven Epithelial to Mesenchymal Transition (EMT) is Accentuated by Tumour Necrosis Factor α (TNFα) via Crosstalk Between the SMAD and NF-κB Pathways. Cancer Microenviron. 2012 Apr;5(1):45-57. doi: 10.1007/s12307-011-0080-9. Epub 2011 Jul 27. PMID: 21792635; PMCID: PMC3343199.

2. Zuo H, Trombetta-Lima M, Heijink IH, van der Veen CHTJ, Hesse L, Faber KN, Poppinga WJ, Maarsingh H, Nikolaev VO, Schmidt AM. A-Kinase Anchoring Proteins Diminish TGF-β1/Cigarette Smoke-Induced Epithelial-To-Mesenchymal Transition. Cells. 2020 Feb 3;9(2):356. doi: 10.3390/cells9020356. PMID: 32028718; PMCID: PMC7072527.

3. Baarsma HA, Van der Veen CHTJ, Lobee D, Mones N, Oosterhout E, Cattani-Cavalieri I, Schmidt M. Epithelial 3D-spheroids as a tool to study air pollutant-induced lung pathology. SLAS Discov. 2022 Apr;27(3):185-190. doi: 10.1016/j.slasd.2022.02.001. Epub 2022 Feb 25. PMID: 35227934.

4. Greiner Bio-One Magnetic 3D bioprinting of spheroids.