用于培养复杂人类微生物组的器官芯片技术

哈佛大学Wyss生物启发工程研究所的研究人员利用片上器官技术培养复杂的人体微生物组，直接接触血管化的人肠上皮细胞。根据今天发表在Nature Biomedical Engineering上的一项研究，他们的无氧肠道芯片稳定地保持了类似于人类粪便的微生物多样性。

“这种新的厌氧性肠道芯片技术现在提供了一种在体外高度控制条件下在细胞和分子水平上研究临床相关的人类宿主 - 微生物组相互作用的方法，”Donald Ingber博士说。“通过提供直接进入微生物组和分化的肠组织，这种方法可用于发现导致疾病或可能有助于预防这些疾病的特定微生物或其代谢产物，并且因为我们使用从患者分离的细胞，可以使用这种方法对于个性化医疗也是如此。“

“早期的组织培养系统旨在重现体外人类微生物组与肠上皮细胞之间的相互作用，其有用性受到限制，因为它们无法使这两种成分直接接触，并且不能模拟肠道的低氧浓度。为了生存厌氧菌，“第一作者Sasan Jalili-Firoozinezhad说。

为了容纳完整的微生物组，研究小组将肠道芯片放入定制设计的厌氧室中，使其能够显着降低上肠道上皮通道中的氧浓度，同时保持下部内皮通道处于正常氧浓度。“我们在两个通道上产生氧气梯度，这仍然允许肠上皮细胞通过多孔膜扩散氧气，”共同第一作者伊丽莎白卡拉马里说。“此外，我们为肠道芯片配备了光学传感器，可以实时报告两个通道中的局部氧气浓度，而不会干扰氧气梯度。”肠切片包含两个由多孔膜隔开的平行微通道。该团队在上部通道的膜顶部培养人肠上皮细胞，在下部通道膜的另一侧培养来自肠微血管的血管内皮细胞。用于排列这些肠切片的肠细胞来自细胞系或来自人回肠活组织检查，并通过中间类器官步骤扩增，其中它们形成微小的球形肠组织结构。

然后将从健康人粪便中获得并在生殖小鼠中稳定培养或从婴儿粪便中新鲜分离的复杂肠道微生物组样品注射到上部上皮通道中，在那里它们与由下面的肠上皮分泌的粘液层直接接触。更重要的是，当在这些低氧条件下生长时，共生细菌群体的多样性保持了在人肠中观察到的丰富性。Jalili-Firoozinezhad说：“我们通过基因组分析显示，我们可以培养超过200种不同的细菌群，持续数天，其中专性厌氧菌的数量和比例与人体粪便中观察到的相似。”“重要的，