在国家自然科学基金项目（项目批准号：31670950）的支持下，常州大学生物医学工程与健康科学研究院邓林红教授团队，在哮喘气道黏液流变行为变化及其影响因素和临床意义的研究取得重要进展，有望开发基于纳米颗粒生物技术的降黏药物，以及基于传统中药苦味物质的哮喘治疗舒张剂。相关成果已发表（青蒿琥酯对小鼠气道阻力及气道平滑肌牵张力的效应研究,生物医学工程研究，36:191-196, 2017；Luo M.et al. Sanguinarine decreases cell stiffness and traction force and inhibits the reactivity of airway smooth muscle cells in culture. Mol Cell Biomechanics,16(2):141-151， 2019; Luo M. et al. Sanguinarine rapidly relaxes rat airway smooth muscle cells dependent on TAS2R signaling. Biol Pharm Bull,43:1027-1034, 2020；罗明志 等，血根碱对大鼠ASMCs生物力学特性的影响.生物医学工程学杂志，35:583-591，2018；邓林红*; 气道黏液流变学行为及其影响因素在哮喘病理机制和治疗中的作用,第十一届复杂流体流变学学术研讨会, 中国兰州, 2017-7-19至2017-7-23。）
气道黏液黏附吸入的尘粒和微生物等，并通过纤毛转运系统清除，是呼吸系统的重要防御机制之一。在正常状态下，气道黏液具有低的黏度和弹性，因此容易通过纤毛被清除出体外。 在哮喘病理状态下，气道慢性炎症可导致黏液分泌亢进，气道内分泌物增多，加上哮喘急性发作时，迷走神经功能亢进，杯状细胞分泌也增多，使得分泌物增加另外，哮喘反复发作及慢性炎症可损伤气道内纤毛-黏液传输功能，使中小气道的分泌物不易排出。哮喘急性发作时，张口呼吸，出汗等使人体水分大量丧失，如果同时伴随水摄入量不足，则会造成体内脱水，气道黏液变稠，难以被咳出。支气管痉挛也可导致气道黏液引流不畅，继而引发细菌感染，使黏液更加黏稠，最终形成恶性循环，形成痰栓并导致呼吸受阻。然而，哮喘中气道黏液高分泌和流变行为异常的机制尚未得到很好的解释，对气道黏液流变行为在黏液清除、黏液栓塞形成等方面的作用和机制也缺乏足够深入的认识，导致临床上对于黏液栓塞的预防和治疗缺乏有效的手段、通过调节黏液蛋白含量来呈现正常和不同病理条件下的气道黏液的物理性质。
项目组以人体气道黏液模型为研究对象，研究发现：1）黏液中的黏液蛋白聚集与自组装等行为构成的黏液微观结构与宏观流变学行为紧密相关，气道黏液具有软固体流动特性而且蠕变与恢复结果符合四参数的Burgers模型；在剪切速率很小的情况下，哮喘气道黏液的表观剪切黏度增大，为“剪切增稠”流变体；随着剪切速率的增大，正常与哮喘气道黏液的表观剪切黏度均降低，为“剪切变稀”的流变体；这种黏液的物理性质对气道的纤毛黏液清除系统有重要作用。2）通过对Fe2O3纳米颗粒和黏液的流变行为研究发现，Fe2O3纳米颗粒可以破坏气道黏液模型的微观结构，降低了黏液的黏度、屈服应力以及黏弹性模量，这样有利于黏液排出体外；这项研究为基于Fe2O3纳米颗粒降黏药物的研究开发提供了理论依据。3）通过空气污染物PM2.5颗粒物可以破坏气道黏液模型的微观结构，从而导致黏液的黏度、黏弹性模量增大，使得黏液更容易沉积气道，这项研究为预防雾霾天气对气道黏液的流变性能影响及其相关治疗药物开发提供了理论基础。4）基于传统中药苦味物质具有镇咳、祛痰作用，且气道平滑肌细胞表面表达苦味受体（TAS2Rs）可在苦味物质刺激下发生松弛的重要现象，研究传统中药苦味物质有望作为新型舒张剂治疗哮喘病症。5）研究呼吸机机械通气对新冠肺炎患者气道影响的发现，长时间的机械通气使得气道黏液高分泌，损坏了纤毛-黏液系统；研究发现低频的振荡波可以传到小气道，且低频剪切振荡下黏液的黏度降低；因此，本研究拟开发一种基于强波振荡压力波短时间作用人体气道的化痰排痰技术，用于气道黏液的清除。
图1 气道黏液模型的微观结构与表面形貌
（A、B：试样未作处理和自然风干的显微镜明场图；C、D：对应的原子力显微镜扫描图）