利用一種新型人體“芯片上的內(nèi)臟炎癥”進(jìn)行的研究表明，益生菌可能并不總是對我們的健康有益。Woojung脛骨、博士生和Hyun君Kim博士,生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)系助理教授奧斯汀德州大學(xué)的芯片用來證明腸道炎癥開始當(dāng)腸上皮的完整性被破壞,并設(shè)置在運(yùn)動事件,導(dǎo)致炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生和招聘的免疫細(xì)胞。研究結(jié)果還表明，當(dāng)腸道上皮完整時，益生菌對腸道健康有益，但當(dāng)腸道屏障受損時，益生菌的危害可能大于益處。

“一旦腸道屏障被破壞，益生菌就會像其他通過受損腸道屏障進(jìn)入人體的細(xì)菌一樣有害，”合著者Shin說。當(dāng)腸道屏障是健康的，益生菌是有益的。然而，當(dāng)它受到損害時，它們會造成弊大于利。本質(zhì)上，‘好籬笆造就好鄰居。’”

研究人員在《美國國家科學(xué)院院刊》(PNAS)上發(fā)表了一篇論文，題為《腸道屏障功能障礙在芯片上引發(fā)人體腸道炎癥宿主-微生物組交叉對話》(host-microbiome cross-talk ina -chip)。

作者寫道，人類腸道炎癥涉及復(fù)雜的過程，包括粘膜損傷、屏障功能受損、免疫細(xì)胞的招募和浸潤，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)，包括炎癥細(xì)胞因子的分泌。對人類和動物模型的研究也表明，腸道上皮、微生物組和免疫成分之間的功能失調(diào)相互作用是炎癥發(fā)病的關(guān)鍵因素。

然而，確定這種交叉對話的錯誤之處，以及哪些因素會觸發(fā)腸道炎癥并不容易，因為在現(xiàn)有的模型中不可能操縱這些復(fù)雜的相互作用。作者指出:“因此，確定腸道炎癥反應(yīng)開始的關(guān)鍵調(diào)制器非常重要，因為這一確定將支持針對整個炎癥級聯(lián)的主要發(fā)起者的臨床和治療選擇的發(fā)展。”

團(tuán)隊的新人類腸道inflammation-on-a-chip有效模擬腸道細(xì)胞腔的細(xì)胞之間的相互作用,免疫細(xì)胞和微生物,并允許科學(xué)家觸發(fā)和監(jiān)測腸道炎癥的發(fā)生和發(fā)展,在這種情況下,模擬研究小鼠模型中炎癥的發(fā)展,可以由化學(xué)葡聚糖硫酸鈉(DSS)。他們認(rèn)為，這種芯片也代表了第一個這種病變的芯片上的器官。到目前為止，器官芯片技術(shù)一直被用來模擬器官在受控環(huán)境下的功能，但這種新設(shè)備使科學(xué)家能夠通過添加和刪除關(guān)鍵因素來對系統(tǒng)進(jìn)行微調(diào)。

領(lǐng)導(dǎo)這項研究的金博士說:“通過使定制腸道特定條件成為可能，我們可以為這種疾病建立最初的催化劑或起病引發(fā)劑。”“如果我們能確定根本原因，就能更準(zhǔn)確地確定最合適的治療方法。”

研究人員使用這種新型微芯片進(jìn)行的研究表明，DSS治療損害了上皮屏障的完整性、腸絨毛的結(jié)構(gòu)和黏液的生成，而沒有造成細(xì)胞毒性損傷。DSS的影響是可逆的。結(jié)果表明，dss敏化的上皮細(xì)胞與免疫細(xì)胞的相互作用增加了氧化應(yīng)激，導(dǎo)致腸道菌群產(chǎn)生炎性細(xì)胞因子，導(dǎo)致免疫細(xì)胞的補(bǔ)充。重要的是，研究表明上皮屏障完整性和功能的破壞是引發(fā)炎癥的最關(guān)鍵因素。而益生菌治療可有效降低氧化應(yīng)激，但在dss誘導(dǎo)的屏障破壞后，益生菌不能修復(fù)上皮屏障功能障礙和促炎反應(yīng)。

作者總結(jié)道:“通過使用我們的模擬腸道炎癥芯片，我們發(fā)現(xiàn)屏障功能障礙是引發(fā)腸道炎癥的最重要誘因之一。”“維持上皮屏障的完整性對于抑制粘膜氧化應(yīng)激和隨后由異常的細(xì)胞間宿主-微生物組交叉作用介導(dǎo)的促炎級聯(lián)是必要和充分的。”

研究人員說，這些發(fā)現(xiàn)表明，所謂的“腸道泄漏”的個體可能更容易受到微生物的攻擊和增強(qiáng)的免疫滲透，從而導(dǎo)致體內(nèi)平衡耐受性被破壞時發(fā)生的慢性炎癥。“我們的機(jī)制研究還表明，靶向修復(fù)屏障功能障礙可能是一種有效控制局部炎癥的引人注目的治療方法……”

研究人員計劃在芯片技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)更多定制化的人類腸道疾病模型，如炎癥性腸病或結(jié)腸直腸癌模型，從而確定腸道微生物組如何控制炎癥、癌癥轉(zhuǎn)移和微生物組對癌癥免疫治療效果的影響。