Lung artificial nou imită respirația și mișcarea alveolară
Un nou tip de plămân artificial care imită respirația a fost dezvoltat, inspirat de filmul subțire al bulelor de săpun.
O echipă de cercetători, condusă de Profesorul Sungjune Jung de la Departamentul de Știința Materialelor și Inginerie de la POSTECH (Universitatea de Știință și Tehnologie din Pohang), a realizat un plămân artificial ultratin care reproduce mișcarea alveolelor, sacii de aer din interiorul plămânului, permițând totodată observarea reacțiilor celulelor pulmonare. Acest plămân artificial a funcționat stabil prin aproximativ 240.000 de respirații și a reprodus, de asemenea, răspunsul plămânului la virusul gripal. Studiul a fost publicat pe 30 iulie 2026, ora locală, în revista Advanced Materials, una dintre cele mai prestigioase publicații în domeniul științei materialelor.
Plămânul uman se mișcă de zeci de mii de ori pe zi. Atunci când inspirăm, plămânul se extinde; când expulzăm aerul, se contractă din nou. Alveolele, sacii mici de aer din plămân, repetă această mișcare. Mișcarea alveolelor nu se limitează doar la schimbul de aer; aceasta afectează creșterea și funcția celulelor pulmonare și servește ca un semnal important în procesul prin care progresează inflamația și bolile. Pentru a descoperi cauzele bolilor pulmonare și pentru a confirma eficacitatea terapiilor, această mișcare trebuie, de asemenea, să fie reprodusă în laborator.
Cu toate acestea, implementarea mișcării reale a plămânului cu tehnicile existente de cultivare a celulelor pulmonare a fost dificilă, deoarece celulele sunt, în cea mai mare parte, crescute pe suprafețe plate și nemișcate. Recent, a fost dezvoltată tehnologia „plămânului pe cip”, care implementează structura și mișcarea plămânului într-un cip, dar, din cauza utilizării materialului sintetic (PDMS), aceste cipuri au avut limitări în reproducerea caracteristicilor țesutului pulmonar real. Pe de altă parte, hidrogeliile moi au avut problema de a se rupe ușor în timpul fabricării membranelor subțiri.
Echipa de cercetare a găsit răspunsul în „bula de săpun”. Deși o bulă de săpun este un film subțire pe care lichidul îl formează de la sine, aceasta nu se sparge ușor și se mișcă liber. Echipa a aplicat acest principiu la un hidrogel compozit realizat prin amestecarea polimerilor și monomerilor. Prin introducerea unei forme dorite într-o soluție de hidrogel și apoi retragerea acesteia, au creat o membrană extrem de subțire în interiorul formei. Membrana ultratină produsă în acest mod era moale și elastică, similară cu alveolele dintr-un plămân natural, dar suficient de rezistentă pentru a rezista la sute de mii de mișcări repetate.
De asemenea, echipa a aplicat principiul prin care oamenii respiră efectiv. Atunci când o persoană inspiră, diafragma se mișcă în jos, presiunea din interiorul plămânului scade, iar aerul din exterior intră. Echipa a dezvoltat un „sistem de activare a respirației” care generează în mod repetat aceeași schimbare de presiune sub membrana ultratină. Ca rezultat, membrana ultratină s-a întins și s-a contractat precum un plămân real, funcționând stabil prin aproximativ 240.000 de respirații.
Interiorul plămânului artificial a fost, de asemenea, construit pentru a semăna cu un plămân real. Folosind tehnologia de bioprintare 3D, a fost implementată o structură în trei straturi similară cu alveolele, prin suprapunerea unei „straturi de celule vasculare”, a unei „straturi de membrană bazală” și a unei „straturi de celule epiteliale” în ordine secvențială. În plămânul artificial produs astfel, mișcarea respirației a fost transmisă celulelor, iar chiar și răspunsul la infecția virală a fost similar cu cel al unui plămân real. În special, experimentele de infecție cu virusul gripal au dezvăluit în mod nou că răspunsul inflamator și răspunsul antiviral al plămânului diferă în funcție de mișcarea respiratorie.
Această cercetare are o semnificație considerabilă, deschizând calea pentru examinarea, într-un mediu dinamic foarte similar cu plămânul uman, a răspunsurilor la medicamente care sunt dificile de confirmat doar prin cultură celulară simplă sau teste pe animale.
