双器官芯片改善脂肪肝研究

　　

   

   

非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)患者小肠和肝脏之间的相互作用已经在一个小芯片上重现

一种新型芯片将不同类型的细胞保存在微小的相互连接的腔室中，可以让科学家更好地了解器官之间的生理和疾病相互作用。集成内脏-肝脏芯片(iGLC)平台由京都大学集成细胞-材料科学研究所(iCeMS)的科学家设计，以提高对非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)的认识。研究人员和日本的同事们在《Communications Biology》杂志上发表了他们的发现。

领导这项研究的iCeMS生物工程师Ken-ichiro Kamei解释说:“NAFLD影响了很大比例的人口，但还没有建立有效的治疗方法。”这是因为NAFLD是一种复杂的疾病，涉及肠道内部和肠道与肝脏之间的广泛相互作用，称为肠道-肝脏轴。由于物种之间的许多差异，用动物(如小鼠)来模拟这些相互作用是非常困难的。

NAFLD涉及肝脏内脂肪的积聚，这可能会变得严重。目前，治疗重症的唯一方法是肝移植。科学家需要更好的方法来研究这种情况，以便能够发现更好的治疗方案。

这不是科学家们第一次开发器官芯片平台，也不是第一个内脏肝脏平台，但之前的设备都不完美。Kamei和他的同事开发的平台克服了以前尝试的一些问题，但不是所有问题。

科学家们通过将来自肝癌细胞系和肠道癌细胞系的细胞放入不同的腔室来测试他们的iGLC平台。这些舱室由微小的流体通道连接，这些流体通道有战略位置的阀门，可以打开和关闭。该平台还包括一个泵，用于在腔室之间推动流体。它们允许液体介质通过两个腔室，同时保持细胞分离，模拟人体肠道和肝脏之间的循环。它还允许科学家向平台中引入新物质，例如游离脂肪酸，以测试它们对两个相互作用的“器官”的影响。

重要的是，该平台是由一种名为聚二甲基硅氧烷(PDMS)的硅酮材料制成的，该材料表面覆盖着另外两种物质:一种可以防止芯片吸收可能影响实验的脂肪分子，另一种可以促进细胞生长。

与单独培养的相同细胞相比，在iGLC平台中培养的肠道和肝脏细胞的基因表达发生了显著变化。科学家们还记录了游离脂肪酸摄入1天或7天后细胞中发生的特定变化。一天的游离脂肪酸导致细胞内DNA损伤的开始。7天的循环游离脂肪酸导致它们在细胞中积累，以至于DNA损伤导致细胞死亡，类似于严重的NAFLD病例。

该平台没有考虑肠道微生物或其他因素对肠道-肝脏轴的影响。实验还使用了癌细胞系，这并不代表活人体组织中细胞的全部多样性或功能，但该平台是向前迈出的重要一步。

iCeMS机械工程研究员Yoshikazu Hirai是该研究的通讯作者，他说:“我们下一步计划使用来自人类干细胞的肝脏和肠道类器官，这样我们就可以在精确控制的条件下，更紧密地模拟患者的生理环境下，研究NAFLD。”

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