用於體外研究的精密切割肺切片 (PCLS)

前言：什麼是精密切割的肺切片？

在不斷發展的呼吸研究領域中，精密切割的肺部切片（PCLS）已成為一種用途廣泛且具有生理相關性的體外模型系統。它們能夠維持肺部複雜的多細胞結構和功能，這使得它們成為研究呼吸系統疾病、藥理反應和毒理學效果的寶貴工具。本篇文章將深入探討了 PCLS 的製備、用途和潛力，為想要將此方法納入其研究的研究人員提供方法。

PCLS 是肺組織的薄（通常為 100-400 μm）橫截面，保留了肺部的天然細胞組成和結構。它們提供了一個3D的環境，其中細胞的相互作用方式與體內條件非常接近。這些切片可以從人類或動物的肺部製備，使研究人員能夠研究物種特異性和與人類相關的呼吸機制。

Credit: John Stegmayr, Lund University

PCLS在生物醫學研究中的優點

PCLS有以下幾個優點：

• 肺部結構的保護：與 2D 培養不同，PCLS 保留了氣管、肺泡和血管的空間組織，進而能夠更準確地研究生理和病理過程。
• 再現性和標準化：PCLS 的厚度和均勻性一致，可達到高度再現的實驗結果。
• 多功能應用：PCLS 可用於研究氣管反應性、發炎、感染、纖維化，甚至是癌症進展。它們也是藥物篩檢和毒理學評估的寶貴工具。
• 倫理和實際好處：PCLS 利用單一肺部組織產生多個切片，減少了研究所需的動物數量，並最大化利用了人類捐贈組織的用途。

製備高品質的PCLS需要精細的技術和專門的設備。以下是逐項步驟：

1. 組織獲取：新鮮切除的肺部組織對於維持組織活力相當重要。根據研究重點的不同，肺臟可以從囓齒動物、大型哺乳動物或人類捐贈者身上獲得。
2. 肺部充填：將肺部充入低熔點的瓊脂糖溶液以穩定組織。這樣可以確保氣管和肺泡在切片過程中保持其原始結構。
3. 通常使用 2% 濃度的瓊脂糖，並透過氣管使用注射器或幫浦系統為肺部充填。
4. 冷卻和凝固：將充填的肺放在冰上或冰箱中，使瓊脂糖凝固。這一個步驟對於獲得均勻的切片相當重要。
5. 肺核心的製備：組織凝固後，使用組織打孔器或類似的工具從肺部的特定區域(例如：近端氣管或遠端肺泡)取樣圓柱形組織核心。
6. 精密切割：將肺核心安裝在振盪切片機上，這是一種專門的切割設備，可產生厚度均勻的切片(通常為 200-400 μm；參考 9000SMZ(以前稱為 7000smz-2)或 5100mz)。
7. 切片恢復和維護：將切片轉移到培養基中進行恢復和平衡。常用的培養基包括 DMEM 或 RPMI，通常添加抗生素和胎牛血清 (FBS) 以維持細胞活力並防止污染。切片可以在空氣 - 液體界面或浸泡在培養條件下保存數天。

Campden Instruments 振盪切片機因其在 PCLS 製備中的可靠性和精確性而廣受認可。這些儀器具有先進的振盪機制和可自訂的設置，例如：振幅和頻率，進而在切片過程中減少組織損傷。Campden 的振盪切片機採用使用者友善的介面和堅固的結構品質設計，確保實驗的再現性和一致性。

振盪切片機的正確校正和鋒利刀片的使用對於生產高品質的切片相當重要，這些切片能夠保持肺部組織的結構和細胞完整性。

PCLS的應用

PCLS已成​​功應用於各種呼吸系統研究領域：

• 藥物研發：在生理相關的肺部模型中篩選新型化合物的療效和毒性。
• 疾病模型建立：研究氣喘、慢性阻塞性肺病（COPD）和特發性肺纖維化（IPF）等疾病的病理生理學。
• 感染研究：在受控的環境下研究宿主與病原體之間的相互作用，包括病毒和細菌感染。
• 毒理學：評估環境污染物、化學物質和奈米顆粒對肺部健康的影響。
• 機制研究：探索肺部的訊息路徑、細胞交互作用和免疫反應。

挑戰與限制

雖然PCLS具有諸多優勢，但並非沒有挑戰：

• 組織供應情形：新鮮人類肺組織的取得可能受到限制，因此需要依賴動物模型。
• 短期活性：根據實驗條件的不同，切片通常只能保持幾天到幾周的活性。
• 複雜的製備：這個過程需要專業知識和專用設備，這可能會限制一些實驗室的發展。
• 物種差異：動物來源的 PCLS 結果可能並不總是適用於人類生理。

未來展望

PCLS 技術的進步，例如：與免疫細胞共培養或整合晶片器官系統，可能會進一步提高其應用價值。影像和分子分析技術的創新也將使人們更深入地了解細胞和亞細胞層面的肺部生物學。

透過將 PCLS 整合到他們的實驗工具中，研究人員可以縮小傳統細胞培養和體內模型之間的差距，為呼吸科學領域更準確、更具轉化性的發現鋪路。