Tái tạo được biểu mô phế nang trong phòng thí nghiệm
Ngay cả ngày nay, trong một thế giới ngày càng được hỗ trợ bởi năng lượng tái tạo và công nghệ sạch, ô nhiễm không khí vẫn là mối đe dọa thực sự đối với sức khỏe con người. Chỉ riêng ở Anh, ước tính ô nhiễm không khí là nguyên nhân gây ra 28.000 đến 36.000 ca tử vong mỗi năm và có thể làm tăng đáng kể nguy cơ phát triển nhiều bệnh liên quan đến phổi và tim, chẳng hạn như hen suyễn hoặc ung thư phổi.
Không khí bị ô nhiễm tạo thành một hỗn hợp phức tạp thay đổi tùy thuộc vào nơi ô nhiễm đến từ đâu và tình hình thời tiết địa phương vào thời điểm đó. Người dân ở các thị trấn và thành phố gặp nhiều rủi ro hơn vì họ sống gần hầu hết ô tô, nhà máy và các nguồn phát thải khác.
Mặc dù có nhiều loại chất gây ô nhiễm khác nhau trong không khí chúng ta hít thở, nhưng có hai loại đặc biệt có hại cho sức khỏe của chúng ta: khí nitơ dioxide (NO₂) và các hạt vật chất (cụ thể là PM2.5), được hình thành từ hạt rắn hoặc lỏng cực nhỏ trôi nổi đường kính nhỏ hơn 2,5 micromet. Năm 2017, một báo cáo cho thấy tất cả các khu vực ở London đều vượt quá mức khuyến nghị của Tổ chức Y tế Thế giới về PM₂.₅, với nhiều khu vực cao hơn gấp đôi. Những kịch bản như thế này đã cho phép các nhà nghiên cứu điều tra sự nguy hiểm của việc hít phải không khí thực sự ô nhiễm.
Năm 2017, một báo cáo cho thấy tất cả các khu vực ở London đều vượt quá mức khuyến nghị của Tổ chức Y tế Thế giới về PM₂.₅, với nhiều khu vực cao hơn gấp đôi mức khuyến nghị. Những kịch bản như thế này đã cho phép các nhà nghiên cứu điều tra sự nguy hiểm của việc hít phải không khí thực sự ô nhiễm.
Và kết quả của một nghiên cứu trước đây cho thấy, trên khắp thế giới, 86% người sống ở khu vực thành thị tiếp xúc với PM₂.₅ ở mức cao hơn cả hướng dẫn của Tổ chức Y tế Thế giới năm 2005, dẫn đến hơn 1,8 triệu ca tử vong trong năm 2019. Còn nghiên cứu khác cho thấy NO₂ chịu trách nhiệm cho 1,85 triệu trường hợp mắc bệnh hen suyễn ở trẻ em trên toàn thế giới vào năm 2019.
Những số liệu này đến từ các nghiên cứu trên số lượng lớn người dân, lấy dữ liệu y tế công cộng và so sánh với dữ liệu ô nhiễm để tìm kiếm mối tương quan giữa ô nhiễm và bệnh tật. Chúng được gọi là nghiên cứu dịch tễ học. Mặc dù những nghiên cứu này có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc về những rủi ro liên quan đến việc tiếp xúc với ô nhiễm không khí nhưng chúng cũng có những hạn chế.
Ví dụ: NO2 và PM2.5 được phát ra từ cùng một nguồn, vì vậy có thể mong đợi rằng khi mức độ của một chất ô nhiễm cao thì mức độ của chất ô nhiễm kia cũng cao. Do đó, nếu không thực hiện một số phép toán phức tạp, đôi khi rất khó sử dụng dữ liệu dịch tễ học để xác định đầy đủ ảnh hưởng sức khỏe của chất ô nhiễm này so với chất ô nhiễm khác.
Vì lý do này, nghiên cứu cần diễn ra trong một môi trường được kiểm soát chặt chẽ hơn. Điều này có thể đạt được trong môi trường phòng thí nghiệm bằng cách sử dụng các chiến lược thử nghiệm xâm lấn trên động vật hoặc bằng cách triển khai các hệ thống tế bào người dựa trên tế bào đại diện cho cơ quan trong đĩa.
Trong phòng thí nghiệm tại Trường Y Đại học Swansea, các nhà nghiên cứu đang cố gắng tái tạo lớp tế bào được gọi là biểu mô phế nang, nằm ở phần sâu nhất của phổi, nơi oxy đi vào máu và carbon dioxide thoát ra khi hít vào và thở ra. Điều này có nghĩa đây cũng là lĩnh vực quan trọng mà ô nhiễm không khí có thể nhắm tới và gây thiệt hại. Do đó, họ muốn hiểu ô nhiễm ảnh hưởng như thế nào đến bộ phận cơ thể đặc biệt và rất mỏng manh này.
Biểu mô phế nang được tạo thành từ nhiều loại tế bào khác nhau, mỗi loại có một nhiệm vụ cụ thể. Một số cho phép di chuyển khí vào và ra khỏi máu, còn loại khác tạo ra chất hoạt động bề mặt (chất lỏng sinh học duy trì cấu trúc của phổi dưới khi người ta hít vào và thở ra) và một số giúp loại bỏ các vi khuẩn và hạt hít vào.
Bằng cách trộn tất cả các tế bào này lại với nhau theo tỷ lệ cụ thể, chúng ta có thể tạo ra các lớp tế bào đơn lẻ trông rất giống biểu mô phế nang của người khỏe mạnh. Sau đó, khi đã phát triển các mô hình phế nang phù hợp về mặt giải phẫu này, nhóm nghiên cứu có thể cho chúng tiếp xúc với nhiều chất ô nhiễm khác nhau để nghiên cứu xem chúng có thể gây ra tác động gì.
