编辑推荐：
为改善体外模拟宿主 - 微生物群相互作用系统，研究人员探究 GelMA 用于小肠上皮细胞支架的性能，发现其性能良好，有助于相关研究。
在人体的消化系统中，小肠就像一个繁忙的 “加工厂”，不仅要消化食物，还得和无数的微生物和谐共处。小肠上皮细胞作为这一 “加工厂” 的重要 “成员”，与肠道内的微生物相互协作，共同维持着人体的健康。然而，想要深入了解它们之间的 “合作机制” 却困难重重。目前，获取人体天然肠道组织或微生物组样本的方法不仅有创、昂贵，而且动物模型在模拟人体情况时也存在很大的局限性，这使得我们对微生物与人体细胞相互作用的理解受到了极大的限制。
为了突破这些困境，来自根特大学（Ghent University）等研究机构的研究人员开展了一项关于明胶甲基丙烯酰胺（GelMA）作为小肠上皮细胞支架材料的研究。他们的研究成果发表在《Scientific Reports》上，为肠道研究领域带来了新的希望。
在这项研究中，研究人员主要采用了以下几种关键技术方法：首先是 GelMA 的合成，通过特定的反应和处理步骤制备出不同取代度（DS）的 GelMA；接着进行水凝胶的合成，利用自由基交联反应制备出 GelMA 水凝胶；此外，还运用了多种实验技术来检测水凝胶的性能，比如通过测定凝胶分数和质量溶胀比来评估水凝胶的交联程度和溶胀性能，利用流变学测量来确定水凝胶的储存模量（G’）和损耗模量（G’’），采用扩散细胞实验来研究生物相关运输标记物的通透性，通过细胞培养和细胞粘附 / 活力实验来评估 GelMA 对细胞的影响。
下面来看看具体的研究结果：
- GelMA 高、低 DS 的通透性：研究人员通过检测荧光素黄（LY）、异硫氰酸荧光素 - 葡聚糖（FITC - Dextran，包括 4 kDa 和 10 kDa）等物质通过 GelMA 膜的通透性，发现高 DS 和低 DS 的 GelMA 对这些物质的通透性相似，且所测物质的通透率在 10-6 - 10-7 cm/s 范围内。与文献中报道的有汇合 Caco - 2 细胞层的支架相比，该研究中用于 Caco - 2 细胞培养的支架通透性大约高 10 倍，表明 GelMA 材料适合作为小肠细胞的支架材料。
- GelMA 水凝胶的机械性能：研究不同浓度（5、10 和 15 w/v%）的高 DS GelMA 水凝胶的机械特性，发现所有测试浓度的水凝胶储存模量（G’）至少比损耗模量（G’’）高一个数量级，表明材料具有良好的弹性。而且，水凝胶的刚度随浓度增加而增加，所有浓度的 GelMA 水凝胶的储存模量都在模拟软组织的生理范围内，适合作为其他组织的支架材料，也符合小肠组织的生理要求。
- GelMA 支架对细胞的影响：研究人员使用人结肠癌细胞系 Caco - 2 和黏液分泌细胞系 LS174T 进行实验，发现 Caco - 2 细胞在 GelMA 水凝胶上能长期粘附和存活，在培养 34 天内代谢活性稳定，且在水凝胶上形成均匀的单层细胞。LS174T 细胞在 GelMA 水凝胶上的代谢活性与对照组有显著差异，且在水凝胶上不形成单层，而是形成小细胞团，这可能是因为 GelMA 基质提供了更接近体内的环境。在 Caco - 2 和 LS174T 细胞的共培养实验中，观察到形成了类似穹顶的结构，这在运输上皮培养中较为典型。
研究结论和讨论部分指出，GelMA 在通透性、机械强度和生物相容性方面表现出色，是一种极具潜力的小肠上皮细胞支架材料。它不仅能为小肠细胞提供良好的生长环境，支持细胞的长期粘附和存活，而且其机械性能也符合生理要求。这一研究成果为体外模拟肠道微环境提供了新的选择，有助于推动宿主 - 微生物相互作用的研究，为开发更先进的体外模型奠定了基础，有望在精准医学领域发挥重要作用，例如为研究结直肠癌和炎症性肠病等疾病提供更有效的模型。同时，研究人员也提出了未来的研究方向，如使用患者来源的类器官培养在 GelMA 支架上，研究个体间的差异；构建管状 GelMA 支架并应用于生物反应器，进一步模拟体内肠道环境；将上皮细胞与活的微生物群共培养，深入研究宿主 - 微生物相互作用。总之，这项研究为肠道研究领域开辟了新的道路，让我们对肠道微环境的理解又前进了一步。
