基于微流控芯片技术模拟体内微环境慢性阻塞性肺病向肺鳞癌恶性转化的分子机制研究

本项目拟利用微流控芯片技术的优势，设计和构建一个适于三维细胞培养及多种因子体外检测的高通量、集成化的微流控芯片，模拟肿瘤微环境研究肺部炎症恶性转化的分子机制。 选取合并COPD并吸烟的肺鳞癌患者50-80例，在芯片上模拟以三维模式、融入间质细胞、动态连续供应营养为特征的体内微环境，培养肺癌及癌旁细胞，检测两种细胞在炎性介质刺激前后炎症反应通路和未折叠蛋白反应通路的主要因子IL-1、TNF-α、NF-κB、GRP78、PERK和IRE1α的表达，分析各因子在气道慢性炎症变化阶段诱发癌变的作用及相互关系，筛选出关键因子；同时，采用小干扰RNA技术抑制该因子在支气管上皮细胞系中的表达，并与未抑制者比较其癌性转化的差异以验证上述结果，明确COPD转化为肺癌的分子机制。本项目将为肺部炎症恶性转化分子机制的研究提供一种与体内微环境更加接近的新技术，为现有气道慢性炎症恶性转化学说提供实验和理论依据。

肺癌是全球性的恶性肿瘤之一，已经成为发病率和死亡率增长最快、对人类健康和生命威胁最大的恶性肿瘤，慢性阻塞性肺疾病（COPD） 已经被认为是诱发肺癌的独立危险因素，在COPD 诱发肺部癌变过程中，慢性炎症主要通过改变肿瘤细胞的生存环境、激活由多种蛋白及炎性介质参与的内源性或外源性信号通路等途径促进癌症的发生与发展。然而从慢性气道炎症到肺癌的演变过程中涉及到哪些因子及分子通路仍不清楚。为了探讨COPD向肺癌恶性转化的分子机制，迫切需要一种能够较好地模拟体内微环境、能同时检测多种炎症因子、实现高通量检测的新的技术手段，以提高检测的准确性和可靠性，为肺部疾患恶性转化机制的研究提供客观的依据。因此，本项目拟利用微流控芯片技术进行肺部炎症恶性转化的分子机制研究。首先，我们利用微流控芯片技术模拟体内微环境构建了一个仿生气道模型；其次，在此模型基础上进行了慢性气道炎症向肺鳞癌恶性转化的体外研究；最后利用动物模型重现体外研究过程验证仿生气道模型下研究结果。经过为期三年的研究工作，我们有以下重大发现：1. 发现活性氧ROS及其相关的GRP78、NF-kB和PI3K分子通路是香烟提取物CSE导致支气管上皮细胞恶性转化的主要分子机制。2. 发现巨噬细胞在支气管上皮细胞炎癌转化中起关键作用，NF-kB、STAT3分子通路是主要的分子机制。3. 发现空气细颗粒物PM2.5可导致支气管上皮细胞发生上皮间质转化EMT，TGF-β/NF-kB是其主要机制。本项目利用微流控芯片技术低消耗、高通量、模拟体内环境等优势成功构建了一个适于肺部慢性炎症向肺癌转化研究的平台，同时在此平台基础上发现了较为重要的分子机制。本项目目前已发表SCI论文6篇，相关研究成果发表在著名的材料学杂志Biomaterials上以及美国著名胸部肿瘤杂志JTO上，指导2名博士生，5名硕士生毕业。