罗格斯大学和其他研究机构的研究人员已经发现气道中的肌肉收缩(支气管痉挛)是如何通过创造一种模仿人类呼吸道行为的微型装置而导致哮喘患者呼吸困难的。

这项研究发表在2019年7月出版的“自然生物医学工程”杂志上，之前曾在网上发表，可能导致呼吸系统疾病的新治疗策略，共同作者罗格斯大学转化医学与科学研究所所长Reynold Panettieri说。

支气管痉挛可发生在健康人和患有严重呼吸系统疾病(如哮喘或慢性阻塞性肺病(COPD))的人群中。由于支气管痉挛的复杂性以及人类呼吸系统无法在动物研究中建模的事实，研究为什么支气管气道周围的平滑肌会突然收缩并导致呼吸困难的原因很难。

为了分析痉挛期间细胞之间发生的生化和机械信号，研究人员创造了一种微型装置 - 一种“芯片上的支气管”，是人类头发大小的千分之一 - 含有来自健康和哮喘肺部的细胞，模仿这种功能单细胞水平的肺部

当他们在装置上触发模拟支气管痉挛时，研究人员发现，最初的收缩会促使激素样化合物的分泌，这些化合物可以引起额外的收缩或放松痉挛。在患有哮喘的人中，气道周围的平滑肌更具反应性并且更容易收缩以响应过敏原等刺激，导致支气管痉挛延长，喘息和呼吸短促。

他们还发现，在精确的时间内在支气管痉挛期间引发第二次哮喘发作，实际上会导致平滑肌松弛并阻止痉挛。

Panettieri说，过去50年来对支气管炎的治疗没有改变，因为它们适用于大多数人 - 但不是所有人 - 。“微型装置使我们能够深入了解单个细胞如何相互作用，与各种肺部疾病的平滑肌收缩相关，”Panettieri说。“能够在单细胞水平上研究机制并同时观察数千个细胞，可以成为开发针对目前治疗无效的哮喘患者的新药的重要筛查工具。”