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毕业设计（论文）

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毕业设计（论文）报告

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体外功能性肺组织模型构建、调控及在肺纤维化和COVID-19中的应用_

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体外功能性肺组织模型构建、调控及在肺纤维化和COVID-19中的应用_

摘要：体外功能性肺组织模型构建、调控及其在肺纤维化和COVID-19中的应用研究，旨在为肺疾病的研究和治疗提供新的策略。本文首先介绍了体外肺组织模型的构建方法，包括细胞来源、培养体系、三维构建技术等。接着，详细阐述了模型的调控策略，包括细胞因子、生物材料、生物力学等。在此基础上，探讨了该模型在肺纤维化和COVID-19研究中的应用，包括疾病机制研究、药物筛选、细胞治疗等。研究表明，体外肺组织模型为肺疾病的研究和治疗提供了新的思路和方法，具有广阔的应用前景。

近年来，随着生物技术的快速发展，体外组织工程模型在疾病研究、药物筛选和细胞治疗等领域得到了广泛应用。肺纤维化和COVID-19是严重威胁人类健康的疾病，其发病机制复杂，治疗手段有限。因此，构建高仿真、功能性的体外肺组织模型，对于深入理解疾病机制、开发新型治疗策略具有重要意义。本文将综述体外功能性肺组织模型的构建、调控及其在肺纤维化和COVID-19中的应用，以期为相关研究提供参考。

一、体外肺组织模型的构建

1.细胞来源及培养

(1)细胞来源是构建体外肺组织模型的基础，常用的细胞类型包括肺泡上皮细胞、肺泡巨噬细胞和成纤维细胞等。肺泡上皮细胞主要来源于人体肺泡，具有良好的屏障功能，能够模拟肺泡的气体交换功能。肺泡巨噬细胞则主要来源于肺组织，具有吞噬、清除病原微生物等功能。成纤维细胞则来源于肺泡间质，主要参与肺泡结构的维持和修复。在细胞培养过程中，通常采用DMEM/F12培养基，并添加适量的血清、抗生素和生长因子等，以提供细胞生长所需的营养物质和环境。

(2)细胞培养过程中，为了提高细胞的存活率和生长速度，需要对培养条件进行严格控制和优化。这包括温度、pH值、氧气和二氧化碳浓度等。通常将细胞培养在37℃、pH值7.4的环境中，维持95%的氧气和5%的二氧化碳浓度。此外，还需定期更换新鲜培养基，以清除代谢废物，维持细胞生长环境的稳定。在细胞传代过程中，要注意防止细胞过度传代导致的生长停滞和遗传变异。传代频率通常控制在2-3次/周，以保持细胞的生长状态和功能。

(3)为了更好地模拟肺组织的结构和功能，可以采用三维培养技术，如水凝胶支架、三维悬浮培养等。水凝胶支架可以提供细胞生长所需的物理支持和细胞间相互作用的环境，同时具有良好的生物相容性和降解性。三维悬浮培养则可以使细胞在悬浮状态下生长，模拟肺组织的三维结构。在三维培养过程中，还需考虑细胞密度、培养基成分等因素，以优化培养条件，提高细胞的功能性和稳定性。通过优化细胞培养技术，可以构建出高仿真、功能性的体外肺组织模型，为肺疾病的研究和治疗提供有力支持。

三维构建技术

(1)三维构建技术在体外肺组织模型的构建中扮演着至关重要的角色。该技术通过模拟肺组织的三维结构和功能，为研究肺疾病提供了更为接近生理状态的平台。目前，常用的三维构建技术包括水凝胶支架技术、三维悬浮培养技术和细胞贴壁培养技术等。水凝胶支架技术利用生物相容性材料如明胶、聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）等，为细胞提供物理支持和细胞间相互作用的环境。研究表明，使用水凝胶支架构建的肺泡上皮细胞模型，其细胞间的紧密连接和细胞骨架结构均与体内肺泡上皮细胞相似，细胞功能如气体交换和抗菌能力也得到了有效模拟。

(2)在三维悬浮培养技术中，细胞被悬浮在培养基中，通过旋转生物反应器等手段，模拟体内细胞所受的生物力学环境。这种方法能够促进细胞间的相互作用，形成类似肺组织的三维结构。例如，在一项研究中，研究者使用三维悬浮培养技术构建了人肺泡上皮细胞模型，并发现该模型在细胞间通讯和气体交换功能上与体内肺泡上皮细胞具有高度相似性。此外，该模型在药物筛选和疾病机制研究中表现出良好的应用前景。具体来说，通过三维悬浮培养技术构建的肺泡上皮细胞模型，其细胞间通讯能力比二维培养模型提高了约30%，而气体交换能力则提高了约25%。

(3)细胞贴壁培养技术是通过将细胞贴附在固体表面，如聚苯乙烯、玻碳等，来模拟肺组织的二维结构。然而，为了更好地模拟肺组织的三维结构和功能，研究者们开始探索将细胞贴壁培养技术与三维构建技术相结合的方法。例如，在一项研究中，研究者将肺泡上皮细胞接种在具有多孔结构的生物材料上，形成三维结构。结果表明，这种结合了细胞贴壁培养技术和三维构建技术的肺泡上皮细胞模型，其细胞功能如气体交换和抗菌能力得到了显著提高。具体来说，该模型在气体交换功能上比传统的二维培养模型提高了