(波士頓)-成千上萬的共生微生物生活在人類的粘膜和表皮表面，已經(jīng)確定這種微生物群會(huì)影響其宿主對各種病原體的耐受性和敏感性。然而，并不是所有的生物都對宿主傳染性病原體產(chǎn)生了耐受性。例如，眾所周知，在預(yù)防某些病原體如鼠傷寒沙門氏菌的感染方面，小鼠的腸道微生物群比人的腸道微生物群更有效。
這提出了一個(gè)有趣的可能性，即分析人類和其他物種(如小鼠)之間宿主-微生物群相互作用的差異，并指出保護(hù)某些病原體或?qū)δ承┎≡w敏感的細(xì)菌的個(gè)體類型，這可能導(dǎo)致全新的治療方法。然而，盡管已經(jīng)在小鼠中很好地研究了腸道微生物群的組成及其對宿主免疫反應(yīng)的影響，但不可能研究微生物群如何在高度受限的條件下與腸道上皮細(xì)胞直接相互作用，從而發(fā)現(xiàn)特定的細(xì)菌菌株可以誘導(dǎo)宿主對感染性病原體的耐受性。
現(xiàn)在，協(xié)作團(tuán)隊(duì)由懷斯公司的創(chuàng)始董事唐納德英格博博士領(lǐng)導(dǎo)。哈佛大學(xué)Wyss生物靈感工程研究所博士和哈佛醫(yī)學(xué)院(HMS)的Dennis Kasper博士利用Wyss微流控芯片的器官芯片技術(shù)，模擬小鼠腸道的不同解剖部位及其共生關(guān)系。體外復(fù)雜的活微生物群。研究人員總結(jié)了鼠傷寒沙門氏菌對工程小鼠結(jié)腸芯片腸上皮表面的破壞作用，在小鼠和人的微生物區(qū)系對比分析中，證實(shí)了共生菌糞腸球菌有助于宿主耐受鼠傷寒沙門氏菌感染。這項(xiàng)研究發(fā)表在《細(xì)胞和感染微生物學(xué)前沿》上。
該項(xiàng)目是在美國國防部高級研究計(jì)劃局支持的懷斯研究所“宿主抵抗技術(shù)”(THoR)項(xiàng)目下啟動(dòng)的。這個(gè)項(xiàng)目的目的是通過研究一些動(dòng)物物種和人類之間的差異來發(fā)現(xiàn)對感染的耐受性的關(guān)鍵作用。Ingber的團(tuán)隊(duì)在之前的研究中使用了人類結(jié)腸芯片，以顯示源自小鼠和人類糞便的微生物產(chǎn)生的代謝物如何具有不同的潛力來影響腸出血性大腸桿菌病原體感染的易感性。
“生物醫(yī)學(xué)研究很大程度上依賴于小鼠等動(dòng)物模型，這無疑有很大的好處，但并不能提供研究腸道等特定器官正常和病理過程的機(jī)會(huì)，近距離和實(shí)時(shí)。由Dennis Kasper團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的一項(xiàng)重要的概念驗(yàn)證研究強(qiáng)調(diào)，我們的工程小鼠腸道芯片平臺提供了這一功能，并提供了在高度可控的條件下在體外研究不同物種的宿主-微生物組和微生物組之間相互作用的可能性，”Ingber說。“鑒于小鼠免疫學(xué)的深刻特征，這種能力可以極大地幫助推進(jìn)研究人員的工作，他們使用這些動(dòng)物來研究微生物組和宿主反應(yīng)。
鼠標(biāo)芯片腸道平臺的設(shè)計(jì)。
在他們的新研究中，研究小組集中在老鼠的腸道上。“傳統(tǒng)上，很難模擬任何生物體中宿主-微生物群的相互作用，因?yàn)樵S多細(xì)菌嚴(yán)格來說是厭氧的，在正常的大氣氧氣條件下會(huì)死亡。有機(jī)芯片技術(shù)可以重現(xiàn)這些情況，更容易獲得原代腸道和免疫細(xì)胞。這項(xiàng)研究的第一作者弗朗西絲卡加扎尼加加加博士說，他來自老鼠，而不是依靠人體活檢。
加扎尼加和她的同事從小鼠腸道的不同區(qū)域(包括十二指腸、空腸、回腸和結(jié)腸)分離腸隱窩，并通過中間的“有機(jī)樣品”步驟培養(yǎng)它們的細(xì)胞，在該步驟中形成并生長小組織片段，然后將它們接種到Wyss器官芯片的兩個(gè)平行微流體灌注通道之一中，以創(chuàng)建區(qū)域特異性腸芯片。第二個(gè)獨(dú)立灌注通道模擬血管系統(tǒng)，通過多孔膜與第一個(gè)隔離，可以交換腸上皮細(xì)胞用來與血管和免疫細(xì)胞溝通的營養(yǎng)物質(zhì)、代謝產(chǎn)物和分泌分子。
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