Lung-Chip
- BioKit Model
- Guided Model
- Community Model
肺チップは、Emulate 社が開発とサポートの豊富な経験を有するガイド付きモデルです。このモデルは、Basic Research Kit とユーザーにて準備した細胞を使用して作成可能です。ガイド付きモデルに関しては、Emulate 社はHuman Emulation System を使用して肺チップを構築するためのガイドラインとテクニカルサポートを提供できます。
モデル概要
物理的な力を備えたヒト由来の共培養モデル
従来の細胞株モデルとは異なり肺チップは、動的な微小環境下で初代ヒト肺上皮細胞と内皮細胞の共培養を組み込んでいます。細胞間相互作用、灌流、そしてチップを伸張させることで機能性が向上し、in vivo と同様の細胞分化、繊毛の運動、粘液繊毛クリアランス、および強固な上皮バリアを再現します。
肺胞（Alveous）と小気道（Small airway）のヒト関連モデル
両モデルは、多孔性のECM コーティング膜の両側に上皮細胞と肺特異的内皮細胞を含んでいます。生体内での細胞機能と分化に重要な機械的刺激と可溶性因子を組み込むことができます。
初代ヒト細胞モデル
初代ヒト肺上皮細胞と内皮細胞の共培養により、細胞間相互作用が可能となり、動物モデルにおける種間差によって引き起こされるトランスレーショナルリサーチの課題が軽減されます。
組織特異的な機械的な力
蠕動運動を模倣するための培地の流れと伸張を含む動的な微小環境がオンチップ上でモデル化することで、機能性と形態を改善するだけでなく、繊毛の発達を促進し、上皮層と内皮層の形成をも促進します。
気液界面〔ALI〕
肺チップは、生体内で見られるように上皮を空気に暴露させ、上皮細胞の分化を促進します。
User Publication
User Publication: Nature Biomedical Engineering
A human-Airway-on-a-Chip for the Rapid Identification of Candidate Antiviral Therapeutics and Prophylactics. Nat Biomed Eng 5, 815–829 (2021).
Organ Model: Lung (Airway)
Application: Infectious Disease
＜概要＞
本研究では、高度に分化したヒト気管支気道上皮細胞と肺内皮細胞で覆われたマイクロ流体気管支気道チップが、ウイルス感染、株依存性毒性、サイトカイン産生、および循環免疫細胞の募集をモデル化できることを示しました。
参考文献
①An alveolus lung-on-a-chip model of Mycobacterium fortuitum lung infection. bioRxiv [Preprint]. 2024 Aug 31:2024.08.30.610530.
Organ Model: Lung (Alveolus)
Application: Infectious Disease
＜概要＞
肺血管内皮細胞を血管チャンネルに、タイプIおよびII肺胞細胞と単球由来マクロファージを気液界面沿いの肺胞チャンネルに配置した、ヒト化3次元肺胞肺チップ（Alveolus Lung-on-a-chip）モデルを開発しました。このモデルは、Mycobacterium fortuitum による肺感染を再現し、肺血管内皮細胞、タイプI およびII 肺胞細胞、単球由来マクロファージを含むヒト一次細胞のみを組込み、他の非結核性マイコバクテリウム（NTM）や新規抗生物質の研究への応用可能性が期待されます。
②Exacerbation of influenza virus induced lung injury by alveolar macrophages and its suppression by pyroptosis blockade in a human lung alveolus chip. bioRxiv [Preprint]. 2025 Jun 27:2024.08.30.610530
Organ Model: Lung (Alveolus)
Application: Infectious Disease
＜概要＞
空気-液体界面下で血管流を再現したマイクロ流体ヒト肺肺胞チップに、末梢ヒト単球由来マクロファージを組み込み、常在性肺胞マクロファージ(AM) がウイルス感染に対するヒト肺反応にどのように寄与するかを調査しています。
③Dissolved gases from pressure changes in the lungs elicit an immune response in human peripheral blood. Bioeng Transl Med. 2024; 9(5):e10657
Organ Model: Lung (Alveolus)
Application: Immunology & Inflammation
＜概要＞
減圧症（DCS）は血管や組織内の窒素気泡の核形成によって引き起こされると考えられてきましたが、気泡の量はDCSの重症度と相関していません。免疫細胞は化学的および環境的な刺激に反応するため、溶存ガスの部分圧の上昇が肺胞血管内の異常な免疫細胞の表現型を誘発すると仮説を立てました。この仮説を検証するため、一次肺胞細胞と微小血管細胞を用いて構築したヒト肺チップデバイス内で免疫応答を測定しました。
④A human lung alveolus-on-a-chip model of acute radiation-induced lung injury. Nature Communications volume 14, Article number: 6506 (2023)
Organ Model: Lung (Alveolus)
Application: Toxicology
＜概要＞
放射線災害やがん放射線治療による高線量ガンマ線への急性曝露は、急性肺炎とその後続する肺線維症を特徴とする放射線誘発性肺損傷（RILI）を引き起こす可能性があります。ヒト肺肺胞上皮細胞で覆われた肺肺胞チップ（Lung Alveolus Chip）は、肺内皮細胞と界面を形成し、体外で急性RILIをモデル化することに成功しています。
⑤Breathing on Chip: Biomechanical forces change airway epithelial cell biology in a human Airway Lung-Chip. Materials Today Bio, Volume 21, 2023.
Organ Model: Lung (Airway)
Application: Model Development
＜概要＞
臓器オンチップデバイスを用いて、培地灌流と気流、および伸展がヒト一次気道上皮細胞の分化と成熟（粘液線毛クリアランスを含む）に与える影響を研究するための最先端のプロトコルを報告します。灌流上皮細胞培養では、伝統的な（静的）培養法と比較して、粘液線毛クリアランスの成熟と極性化が加速し、特定の細胞タイプの変化が観察されました。
⑥Safety Profiling of Tumor-targeted T Cell-Bispecific Antibodies with Alveolus Lung- and Colon-on-Chip. Bio-protocol 13(01): e4579.
Organ Model: Lung (Alveolus) & Intestine (Colon)
Application: Immunology
＜概要＞
腫瘍抗原を標的とするT細胞二特異性抗体（TCBs）の安全性プロファイルを評価する2つのヒトOrgan-on-Chipモデルの画期的な能力を示します。これらの新規ツールは、工学的に設計された治療用抗体のメカニズム理解のための研究選択肢を拡大し、有害事象に敏感な組織における安全性の評価にも貢献します。
⑦Development and evaluation of a bovine lung-on-chip (bLOC) to study bovine respiratory diseases. In vitro models 1, 333–346 (2022).
Organ Model: Lung (bovine)
Application: Infectious Disease
＜概要＞
現在の牛の近位気道における空気-液体界面（ALI）モデルには限界があります。これらのモデルは、全身的な薬物投与を模倣するために必要な血液の流れを再現できず、反復的なサンプリングには複数の独立した培養が必要となります。牛の肺チップ（bLOC）はこれらの限界を克服し、薬物動態学や病原性研究に便利なコスト効果の高いモデルを提供します。
⑧Mechanical control of innate immune responses against viral infection revealed in a human Lung Alveolus-Chip. Nat Commun 13, 1928 (2022).
Organ Model: Lung (Alveolus)
Application: Infectious Disease
＜概要＞
ヒト肺胞チップを用いて、チップの伸縮がウイルス感染に対する先天性免疫応答に影響を与えるかどうかを調査した。インフルエンザH3N2ウイルスに感染したチップ伸縮チップでは、肺の透過性増加、アポトーシス、細胞再生、サイトカイン産生、循環免疫細胞動員を含む一連の宿主反応が誘導されます。静置培養との比較から、呼吸運動は上皮細胞と内皮細胞における保護的な先天性免疫応答を活性化し、これによりウイルス複製が抑制されることが明らかになりました。
⑨Organoid-based expansion of patient-derived primary alveolar type 2 cells for establishment of alveolus epithelial Lung-Chip cultures. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2022 Apr 1;322(4):L526-L538.
Organ Model: Lung (Alveolus)
Application: Model Development
＜概要＞
肺気腫で見られる肺組織の破壊に対する有効な治療戦略の開発には、肺胞腔の代表的なヒトin vitroモデルが極めて有用です。肺胞の前臨床モデルは、重症肺気腫患者を含む患者由来のヒトプライマリー肺細胞と、呼吸に関連するチップ伸縮などの高度な細胞培養技術を組み合わせることで、肺胞微小環境を信頼性高く再現することが理想的です。
⑩Modeling pulmonary cystic fibrosis in a human lung airway-on-a-chip. Journal of Cystic Fibtosis Volume 21, Issue 4 p606-615July 2022
Organ Model: Lung (Airway)
Application: Inflammation
＜概要＞
嚢胞性線維症（CF）は、嚢胞性線維症膜輸送調節因子（CFTR）をコードする遺伝子の変異により引き起こされる遺伝性疾患で、気道粘液線毛クリアランス障害、炎症、感染、呼吸不全を引き起こします。CFの新たな治療法の開発は、ヒトのCF肺の構造的、免疫学的、生体電気的特性を再現する信頼性の高い前臨床モデルが不足していることから制限されています。
⑪Clinically Relevant Influenza Virus Evolution Reconstituted in a Human Lung Airway-on-a-Chip. Microbiol Spectr. 2021 Oct 31;9(2):e0025721.
Organ Model: Lung (Airway)
Application: Infectious Disease
＜概要＞
インフルエンザAウイルスが突然変異と遺伝子再組み換えの両方を通じて自発的に進化する過程を、感染した粘液滴を複数のヒト気道チップ（気道チップ）と呼ばれるマイクロ流体培養装置間で順次伝播させることで、体外で再現できることを示しました。
⑫Rapid endotheliitis and vascular damage characterize SARS-CoV-2 infection in a human lung-on-chip model. EMBO reports 22:e52744, 2021
Organ Model: Lung (Alveolus)
Application: Infectious Disease
＜概要＞
SARS-CoV-2 感染の重症例は、肺微小血管の過凝固状態と全身性の内皮炎を特徴とします。血管損傷の動態、およびそれが内皮感染の直接的な結果か、免疫細胞介在性サイトカインストームの間接的な結果であるかは不明です。血管化肺チップモデルを用いて、肺胞上皮細胞の感染がウイルス粒子の限局的な頂端放出を引き起こすことを確認しました。
⑬A lung-on-chip model of early Mycobacterium tuberculosis infection reveals an essential role for alveolar epithelial cells in controlling bacterial growth. eLife 9:e59961.
Organ Model: Lung (Alveolus)
Application: Infectious Disease
＜概要＞
マウス肺チップ感染モデルを確立し、時間経過画像解析を用いて、動物モデルでは達成不可能な空間的・時間的解像度で、空気-液体界面における宿主-結核菌(Mycobacterium tuberculosis) 相互作用の動態を明らかにし、早期感染における肺表面活性物質の直接的な役割を解明します。
⑭A Micro-Engineered Airway Lung-Chip Models Key Features of Viral-Induced Exacerbation of Asthma. American Journal of Respiratory Cell and Molecular Biology Volume 63, Issue 5 November
Organ Model: Lung (Airway)
Application: Infectious Disease
＜概要＞
喘息患者の気道上皮のウイルス感染、好中球の気道上皮透過性移動を再現し、免疫調節療法の評価を可能にする、ライノウイルス誘発性喘息悪化の新たなヒト類似モデルを報告します。具体的には、完全に分化したヒト粘液線毛気道上皮のマイクロエンジニアリングモデルにIL-13 を刺激してTh2 型喘息様表現型を誘導し、生きたヒトライノウイルス16（HRV16）を感染させて、ウイルス誘発性喘息悪化の主要な特徴を再現しました。
⑮Reconstituting Organ-Level Lung Functions on a Chip. Science 25 Jun 2010 Vol 328, Issue 5986
Organ Model: Lung (Alveolus)
Application: Immunology & Inflammation
＜概要＞
肺胞-毛細血管界面を再現するバイオミメティックマイクロシステムについて説明します。このバイオインスパイアードマイクロデバイスは、肺胞空間に導入された細菌や炎症性サイトカインに対する複雑な統合的な臓器レベル応答を再現します。ナノ毒性学の研究において、この肺模倣デバイスは、シリカナノ粒子に対する肺の毒性および炎症応答が周期的な機械的応力によって増強されることを明らかにしました。
Poster
Severe Asthma-on-Chip: A Novel In Vitro Platform to Model Viral Induced Exacerbations in Asthma
＜概要＞
重症喘息に対する新しい治療薬の開発に向けて、体液の流れを経験する微小血管内皮に裏打ちされた、完全に分化した粘膜繊毛性気管支気管支上皮を含む3D微小生理学的ヒト気道チップを開発しました。小児および成人における喘息増悪の主要な原因であるヒトライノウイルス（HRV）に感染させると、気道チップは繊毛細胞の死、杯細胞の過形成、IFN-α2、IFN-λ1、CXCL10、CXCL11などのサイトカインの放出、さらに循環するヒト好中球の内皮を介した動員および遊走を特徴とする炎症性応答の誘導を示しました。
Webinar
Studying Influenza-Virus-Induced Lung Injury in a Human Alveolus Lung-Chip.
＜概要＞
Wyss 研究所のDr. Yuncheng Man は、肺胞チップ（Alveolus Lung-Chip）を用いてマクロファージがインフルエンザ H3N2 感染に与える影響を研究した方法について説明します。
Alveolus Lung-Chip for Studying Alveolar Niche and Lung Repair in Drug Discovery Research
＜概要＞
Boehringer Ingelheim社のIrina Shalashova 博士が、特発性肺線維症（IPF）の研究と医薬品開発の効率化を図るため、肺胞チップ（Alveolus Lung-Chip）の開発と応用に関する研究成果を発表します。
Modeling Cystic Fibrosis Through an Airway Lung-Chip
＜概要＞
ガブリエーレ・ダンヌンツィオ大学のRoberto Plebani 博士が、患者の気道から採取した一次細胞と肺微小血管内皮細胞を用いて、世界初の嚢胞性線維症(CF) 気道肺チップを開発するために、Emulate社 Chip-S1® を使用した方法を説明します。このチップは、粘液の過剰産生と炎症を再現したCF気管支単位の再構築を可能にしただけでなく、免疫細胞の灌流や病原体による感染を再現することで、CFにおける炎症と感染をより正確にモデル化することができました。
Human Lung Nipah Virus Microfluidic Lung Chip – Disease Modeling and Antiviral Treatments in Maximum Containment
＜概要＞
NIAID/NIHの統合研究施設（IRF）所属のSushma Bhosle博士は、ニパウイルス（NiV）などの高リスクウイルスを研究するため、最大生物安全対策施設（BSL-4）環境下でのLung-Chip モデルの利用に関する研究成果を発表します。
Modeling Virus Evolution and Rapid Drug Repurposing with a Human Airway Lung-Chip
Presented by Dr. Don Ingber - Founding Director, Institute for Biologically Inspired Engineering. Daniel Levner, PhD - Co-Founfer, Board Member & CTO, Emulate
＜概要＞
ヒト肺気道チップ(Airway Lung-Chip) を用いて、インフルエンザウイルス感染と進化をin vitro で再現する方法、およびインフルエンザとSARS-CoV-2の両方に対する既存の候補治療薬を評価する方法を紹介します。
Lung-Chip—Accelerating Study of Viral Infection and Therapeutics
Presented by Lorna Ewart - Chief Scientific Officer, Emulate
＜概要＞
このWebinar では、Airway Lung-Chip とAlveolus Lung-Chip がウイルス感染の研究にどのように活用され、新規治療薬の開発を加速できるかについて議論します。
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