新型胶原膜提高芯片上结肠的功能

炎症性肠病(IBDs)如克罗恩病是由肠道细胞、细胞因子和肠道菌群之间的复杂相互作用引起的。不同的治疗方式和治疗IBDs的药物在一些患者中效果不如其他患者。一些患者对药物反应的不可预测性可以归因于他们独特的生理和肠道微环境。

为了了解肠道细胞和细胞因子之间的相互作用，需要有有效的生理模型，可以复制肠道的生态位环境。虽然啮齿动物被广泛用作涉及肠道和药物相互作用的研究的动物模型，但由于啮齿动物和人类生理学的差异，这些动物模型不能反映复杂的人类肠道生态位。

微流控组织芯片可以复制复杂的组织微环境，并可根据测试需求进行设计。在进行实验时，可以更好地调节和控制这些组织系统。现有的微流控芯片肠道模型使用PDMS(聚二甲基硅氧烷)或PDMS与聚L乳酸(PLLA)等其他合成材料相结合。尽管这些材料已被发现支持细胞生长，但仍观察到一些不良影响，如细胞发育成非生理性鳞状上皮，而不是在体内观察到的柱状上皮。这些膜也有跨越几微米的非生理孔，限制细胞通过屏障的运动。

我们的目标是利用天然组织基基质或由I型胶原制成的细胞外基质构建结肠微流控模型，以密切模拟结肠的结构和功能，并用于研究细胞成分与药物代谢的复杂相互作用。

我们芯片上的微流控结肠的独特之处在于，它是由天然基质材料制成的膜，用于支持设备中的细胞。使用I型胶原蛋白代替合成材料复制了天然组织中的生态位环境。我们用这种新型胶原蛋白膜测试了我们的设备的细胞活力、功能和营养物质穿过膜屏障的质量运输，以查看与市售Transwell膜制成的设备相比，这种膜是否改善了细胞功能。我们的研究结果表明，具有I型胶原膜的设备具有更好的和延长人类肠道细胞的生存能力，保留形态，功能以及屏障功能。

我们的设备有两个独立的胶原蛋白基质室，可用于不同细胞与肠道细胞的共培养。我们可以看到，我们基于胶原膜的芯片上结肠模型是一种有效的工具，可以帮助预测肠道细胞对不同效应物的反应，如肠道微生物、药物和细胞因子，有助于药物发现过程。

参考:

王，C.， Tanataweethum, N.， Karnik, S.， & Bhushan, A.(2018)。具有细胞外基质膜的新型微流控结肠。生物材料学报，28(4)，457 - 457。doi: 10.1021 / acsbiomaterials.7b00883