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人体微生物群(microbiome)是九游体内和体表少量微生物的聚集,对人类安康和疾病有着深远的影响。尤其是人体肠道菌群,这里蕴藏着较 麋集的微生物,不但剖析养分物质开释对九游生活至关紧张的分子,并且是很多疾病开展的要害要素,包罗熏染、炎症性肠病、癌症、代谢性疾病、本身免疫性疾病和神经神经病[shén jīng bìng]。

 

九游所理解的人类微生物群互相作用,大局部是基于疾病形态和粪便样本中细菌DNA的相干研讨,即便用基因组或元基因组剖析。这是由于,在体外研讨微生物群和人体肠道构造之间的互相作用是一项困难的应战,此中很大一局部缘故原由是共生细菌在培育皿中只需一天就会因过分生长而杀去世人体细胞。别的,肠道中的很多共生微生物是厌氧的,因而它们必要极低的氧气条件才干生长,而这种条件会损伤人体细胞。

 

哈佛大学Wyss生物启示工程研讨所的一个研讨小组,由该研讨所的开创主任Donald Ingber向导,使用“器官芯片”(Organic-on-a-Chip)微流体培育技能,开辟了一种办理这一题目的办法。他的研讨小组如今可以在人体肠道芯片中培育波动的庞大人体微生物群,该芯片与血管化的人体肠道上皮间接打仗至多5天,他们创建的氧气梯度,在维持肠道缺氧条件的同时可以为被共生细菌熏染的内皮和上皮提供高程度的氧气。 “厌氧肠芯片”在数天内波动地坚持着与人类粪便类似的微生物多样性,以及由人类肠道构造构成的掩护性心理屏蔽。这项研讨宣布在《Nature Biomedical Engineering》上。

 

“已往十年来,医学界的次要范式变化是了解到微生物群在安康和疾病中所起的宏大作用。这种新的厌氧肠芯片技能提供了一种在体外高度控制条件下研讨细胞和分子程度上与临床相干的人类宿主微生物群互相作用的办法,”Ingber博士说,他照旧哈佛医学院(HMS)的血管生物学传授。“经过间接打仗微生物群和分解的肠道构造,该办法可用于发明特定的微生物或其代谢产品,这些微生物或其代谢产品可招致疾病或有助于防备这些疾病,而且由于九游利用患者分散细胞,该办法也可用于本性化药物。”

 

“晚期的构造培育体系旨在重现人体微生物群与体外肠上皮细胞之间的互相作用,但由于它们不克不及在间接打仗的状况下培育这两种身分,也不克不及模仿肠道中对厌氧菌生活至关紧张的低氧浓度,因而它们的无效性遭到限定。”******作者Sasan Jalili-Firoozinezhad说,他是Wyss研讨所Ingber团队的研讨生,也是葡萄牙里斯本大学Joaquim Cabral传授的博士生。“更庞大的事变是:沿着小肠向结肠挪动,氧含量不停降落,这也改动结果部微生物群的构成。”

 

厌氧肠芯片含有两个由多孔膜分散的平行微通道的肠芯片。在上消化道膜的顶部生长人肠上皮细胞,在下消化道膜的劈面生长血管内皮细胞。用于分列这些肠芯片的肠细胞要么来自细胞系,要么来自人类回肠活检,并经过一其中间的无机步调扩增,在这个步调中,它们构成巨大的球形肠构造布局,在放入芯片中培育之前这些布局被剖析成碎片。

 

为了顺应完备的微生物群,研讨小组将肠道芯片放入一个定制的厌氧室中,如许就可以大大低落上肠道上皮细胞通道中的氧浓度,同时坚持下内皮细胞通道的正常氧浓度。

 

“九游在两个通道中制造了氧梯度,这两个通道容许肠上皮经过多孔膜分散取得氧气支持,”合著者Elizabeth Calamari说,她与合著者Richard Novak博士一同设计了该设置装备摆设。“九游在肠芯片上安置了光学传感器,可以及时陈诉两个通道中的部分氧气浓度,而不会搅扰氧气梯度。”

 

庞大的肠道微生物群样原本自安康的人类粪便,波动培育在无菌(gnotobiotic)小鼠中,或从婴儿粪便中奇怪分散,然后注入位于上部的上皮通道,在那边它们间接打仗由上层肠腺上皮细胞天然排泄的粘液层。更紧张的是,共生菌群在低氧条件下生永劫的多样性维持了在人体肠道中察看到的丰厚性。“九游经过基因组剖析发明,九游可以培育凌驾200种差别的细菌群数天,其品貌和专性厌氧细菌的比率与在人类粪便中察看到的类似。紧张的是,完备的微生物群进一步加强了肠上皮的屏蔽功效,其细胞提供严密的密封并发生掩护性粘液层,这是肠道安康的紧张条件。”

 

可以在体外一连数天察看与人体肠道构造间接打仗的完备人体微生物群的构成和变革,为本性化药物和药物测试提供了时机。“九游可以从统一团体身上培育特定地区的肠道构造和微生物群,以发明惹起对特定致病性、炎症性和体系性疾病的敏理性或耐受性的联系关系,”配合******作者Francesca Gazzaniga博士说,他是Ingber小组和配合作者Dennis Kasper传授的博士后研讨员。“使用厌氧肠芯片,九游还可以在将药物给人之前测试药物对人体微生物群的间接影响。”




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