肠道芯片：有效模拟人体肠道环境，为大规模肠道菌群研究提供新工具

肠道是人体最复杂的器官之一。在肠道内，充斥着多样化的微生物种群，这些微生物种群与肠道细胞相互作用并协同消化食物和药物。肠道微生物组的破坏与多种疾病密切相关，例如炎症性肠病、肥胖、哮喘，甚至心理和行为障碍。

因此，有效的肠道模型对于理解其功能和相关疾病非常有用。来自美国加州大学伯克利分校和劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员开发了肠道芯片设备。近日，该研究成果发表在APL Bioengineering上，文章详细描述了肠道芯片如何将实验室模型与人类生物学联系起来的。

图 双层芯片器官装置的示意图。每一层单独构建，模拟细胞微环境。

器官芯片设备是人体器官的微型化模型。它们包含微小的微通道，细胞和组织培养物在其中与精确控制的营养物质相互作用。以这种方式调节细胞环境对于创建逼真的组织模型至关重要。

使用芯片模型避免了耗时的临床试验和由此带来的经济负担以及动物实验涉及的伦理问题。

主要研究者Amin Valiei 谈到，“目前，医学研究面临着重大障碍，无论是在了解控制人体器官功能的基础科学方面，还是在新药和疗法的研发方面。获得可以在实验室中有效模拟人体器官的模型可以显著加速科学发现和新药的开发。”

由于肠道微生物群独特的环境条件，建模非常困难。研究者通过创造性的设计，使得肠道芯片设备可以模拟许多肠道特性，例如肠道厌氧环境、流体流动和收缩/松弛脉冲。与标准实验室细胞培养物相比，在这种环境中生长的肠细胞更接近人类生物学。

Valiei介绍，他们最新开发的肠道芯片模型已经证明了可以在几天甚至几周内维持人类肠道细胞和微生物组的共培养。这就为在生物学相关条件下分析微生物组开辟了新方法。

研究者在文章中重点介绍了肠道芯片设备在模拟微生物和人类细胞生物学方面的成功。同时，他们还介绍了当前使用该技术的疾病模型和药物研究。

研究者认为，芯片上的器官所具有的独特功能使其适合未来的大规模研究调查。

该团队目前正在研究会对健康造成重大影响的肠道微生物群落的失衡。他们的目标是找到创新方法用于临床诊断、减轻和治疗肠道菌群失调。

原文：Amin Valiei et al, Gut-on-chip models for dissecting the gut microbiology and physiology, APL Bioengineering (2023). DOI: 10.1063/5.0126541