除了偶尔伴随跑步的灼痛外，大多数人都不会太注意在我们胸前喘气的双叶风琴。

但肺部是工程奇迹的壮举：超过40种类型的细胞嵌入精致但柔软的基质中，它们在网球场大小的区域内不断将氧气泵入血液。它们精致的树状结构优化了气体交换效率;不幸的是，它也使工程健康的替代肺部成为一项几乎不可能完成的任务。

科学家不是从零开始建立肺部，而是采取“替换和更新方法”：他们采取患病肺部，冲洗其病态，发炎的细胞，并用健康的细胞重新培养空基质。

这是一个复杂的过程 - 然而，在这个过程中，精致的血管分支经常被完全摧毁。没有血液将营养物和分子输送到新接种的细胞，移植物就会失败。

如果，哥伦比亚大学的Gordana Vunjak-Novakovic博士认为，不是从供体肺中移除所有细胞，我们只是轻轻地清除气道中的病变细胞而不接触血液循环?

本周，Vunjak-Novakovic的团队发布了一种生物工程肺部的“全新方法”：制造血管完整的支架。

当研究人员将肺部气道排列的治疗性人体细胞添加回大鼠肺支架时，外来细胞 - 在这种情况下，上皮细胞 - 归巢于正确的位置，附着并繁殖。

研究作者N. Valerio Dorrello博士说，由于肺功能衰竭通常源于患病的上皮细胞，因此这种新方法可以让我们通过仅治疗受损细胞来再生肺部。

同时参与该项目的Matthew Bacchetta博士认为该方​​法是一种“变革性”方式，可以获得准备移植的肺部。因为肺部在修复自己方面非常糟糕，在严重的情况下，唯一真正的选择是移植。

这是一个很难卖的 -十年后只有20%的患者仍然活着，手术费用昂贵，对供肺的需求远远超过供应。

这些新的“血管化”肺使我们更接近倒数第二个目标：移植由患者自身细胞制成的肺，从尸体或甚至灵长类动物或猪接种到供体支架上。

患者的细胞使支架完全免疫改造，降低免疫排斥的风险 - 这是移植失败的主要原因。

“作为肺移植外科医生，我对我们技术的巨大潜力感到非常兴奋，”他说。

第一次呼吸

即使在雄心勃勃的再生医学领域，工程功能性肺也不过是一种潮流。

肺是一个真正的丛林：在微观层面，树状气道含有肺泡，微小的气泡状结构，肺部与我们的血液交换气体。动脉和静脉都像两组网袋一样包裹着肺泡。

至少有六个细胞的居民串联工作以保持肺泡球体膨胀，保护器官免受感染，并强制其多个分支的结构。

耶鲁大学的生物医学工程师Laura Niklason博士解释说，这种三维复杂性是我们排除从头开始增长肺部的可能性的原因。

早在2010年，Niklason就有了一个绝妙的主意：她不是依靠模仿器官复杂结构的合成模板 - 一个“非常高的顺序”，她说 -科学家可以使用自然界自己的模板，即肺的矩阵，作为跳跃点。

尼克拉森的方法类似于拆除房屋的裸骨 - 承重梁，支柱和螺栓 - 并将其余部分改造成新主人的口味。

作为一个概念验证，Niklason的团队使用了一种洗涤剂，可以清除大鼠肺部的细胞和血管。然后，他们将肺基质支架浸泡在“生物反应器”内，模仿胎儿生长的状况。

当团队用一团细胞重新接种支架时，肺部会在四天内将血管，肺泡和微小气道重新放入正确类型的细胞。

在功能性的最终测试中，Niklason的团队将再生的肺移植回活老鼠体内。几秒钟后，肺部充气，在摄入氧气和血液供应时变成鲜红色。

这只是团队在当时写的第一步。肺部仅在供体体内存活了两个小时，随后的分析显示气道内的出血和血凝块以及再生的毛细血管。

一个潜在的原因是：血管可能没有与肺泡形成适当的连接。虽然仍然允许气体交换，但最终导致血液渗漏到肺部。

呼吸新鲜空气

如果新生的血管形成错误的交界处，为什么不保留原件呢?

这正是Vunjak-Novakovic团队在Science Advances发表的新研究中所处理的问题。

该团队采用Niklason的技术，将一根导管插入新收获的大鼠肺部的气道，并通过温和的清洁剂泵送，该清洁剂仅去除肺部的上皮细胞 - 内层衬里。

相反，血管用类似于佳得乐的电解质溶液洗涤。

这组作者说，通过这一小改变，我们去除了超过70%的上皮细胞 - 这些细胞通常是肺部疾病的根源 - 但维持了血管系统。

就像制图师绘制新土地一样，该团队接下来探查了船只的完整性。注射在紫外线下发光的微小珠子进入肺部的主动脉，他们注意到珠子充满了扭曲的毛细血管，在较大的血管内发出明亮的光芒。

相比之下，气道或肺泡内没有明显的发光珠子迹象，表明血管完整无泄漏!

随着手中的支架，该团队接下来用人肺上皮细胞腌制该结构。作为奖励，他们还使用来自诱导多能干细胞(iPSC)的肺细胞。iPSC由患者自身的细胞 - 通常是皮肤细胞 - 制成，并且可以被诱导成几乎任何其他具有正确信号混合的细胞类型。

因为iPSCs保留了人的免疫谱，所以用这些细胞接种的支架被拒绝的可能性要低得多。

在短短24小时内，研究小组检测到肺支架内新种细胞的迹象。在显微镜下，新来者附着在正确的位置，稳定并开始快速分裂以重新填充缺失的细胞。

肺移植物的呼吸功率也有所增加 - 它们可以更充分地恢复，大约占洗涤剂处理过程中丢失量的50%。

呼吸消失?

该研究在最终测试中停止：将工程肺移植回受体。与老一代支架一样，新生的肺部也会在重新引入活的呼吸动物时发展致命的血栓或出血。

更重要的是，该团队在制剂中仅使用温和的清洁剂来保持肺部的完整性。结果是部分清除，一些大鼠自身的上皮细胞仍然完好无损。

作者解释说，这些受伤的落后者可能会为新的健康细胞提供重要信息，因此这可能是一个意想不到的好处。无论他们是朋友还是敌人，都必须在未来的研究中进行测试。

该技术在用于人类之前需要做更多的工作，但Vunjak-Novakovic及其同事已经对潜在的新治疗方案感到兴奋。

作者写道，这项研究提供了概念验证证据，表明我们的方法是有效的。我们第一次证明，可以在不接触血管的情况下清洗患病的肺上皮细胞。

让团队兴奋的是：虽然在这项研究中使用了新鲜收获的大鼠肺，理论上该方法可以在不移除肺的情况下使用。

这是“变革性的”：肺部上皮细胞受损的患者可以用去污剂冲洗以去除病态细胞。然后，医生可以收获他们的皮肤细胞并将其转化为健康的肺细胞以重新植入肺部。

“每天，我都会看到患有严重肺病的重症监护儿童依赖机械通气支持，”Dorrello说。他说，我们可能正在为这些患者提供一种全新的治疗方案，并使他们的肺部再生。