猪小肠类器官芯片：创新体外模型助力药物研发新征程

在药物研发中，体外研究预测价值有待提升。研究人员开展猪小肠类器官在微生理系统（MPS）芯片的研究，成功构建模型，其具备多种细胞和生化特性，对药物转运、代谢研究有重要意义。

　　在药物研发的漫漫长路上，临床前研究就像一座关键的桥梁，连接着药物从实验室走向临床应用的征程。然而，传统体外研究模型就像戴着 “有色眼镜”，对体内组织复杂性的还原存在诸多不足，难以精准预测药物在人体中的真实表现。尤其是在肠道相关的研究领域，多数二维体外肠道模型缺乏肠道组织应有的复杂性，黏膜层不够完善，转运体和代谢酶的表达也不尽人意，这就像用一把 “钝刀” 进行精细的手术，导致体外到体内的推断常常出现偏差。因此，开发更精准、更能模拟体内环境的体外模型迫在眉睫。

为了攻克这些难题，来自未知研究机构的科研人员踏上了探索之旅，他们聚焦于猪小肠类器官，尝试在微生理系统（MPS）芯片中构建全新的体外模型。最终，他们成功开发并表征了猪小肠类器官芯片，这一成果意义非凡，为药物研发带来了新的曙光。该研究成果发表在《Biochemistry and Biophysics Reports》杂志上。

研究人员在研究过程中运用了多种关键技术方法。首先，他们从猪的空肠中分离出类器官，将其培养在芯片装置中，通过控制培养条件和添加不同细胞，构建出模拟小肠环境的模型。在研究细胞特性时，采用免疫荧光染色技术，观察细胞结构和标记物的表达；利用 qRT-PCR 技术检测基因表达水平；借助 LC/MS 等方法对药物转运、代谢以及细胞培养相关指标进行定量分析。

下面我们详细来看研究结果：

1. 猪空肠 MPS 培养生长：将猪空肠类器官接种到芯片后，细胞在 24 小时内形成单层，随后启动培养基流动。第 7 天添加人肠道微血管内皮细胞（HIMECs）和蠕动拉伸后，培养物在第 9 天呈现出明确的裂隙、三维形态和立方上皮外观。第 10 天，F-actin 广泛分布于绒毛样突起的顶端边界，紧密连接也布满整个培养物。
2. 屏障发育：研究人员在第 7 - 10 天评估上皮屏障的通透性，发现随着培养时间的增加和 HIMECs 的添加，3kDa 葡聚糖和 Lucifer Yellow 的 P_app值下降，在第 9 - 10 天达到稳定，表明肠道屏障功能逐渐增强，建立起了紧密的屏障。
3. 类器官形态发生的表征：通过检测 Ki-67 和 EdU 的掺入，发现猪空肠芯片培养物存在类似隐窝的区域，且细胞增殖随培养时间减少。同时，还检测到肠上皮细胞、杯状细胞和肠内分泌细胞的分化标记物，表明培养物发生了广泛的上皮分化。
4. 基因表达：对 9 个基因的表达进行评估，结果显示与预期细胞类型和肠道特征相关的基因表达模式相符，且芯片内和芯片间的变异性较低，进一步验证了模型的稳定性和可靠性。
5. 药物转运体功能和 CYP3A4 代谢评估：通过多种实验证实，猪 MPS 芯片中的 BCRP、P-gp 和 PEPT1 等药物转运体具有功能，同时芯片具备 CYP3A 介导的代谢活性，且该活性可诱导，这为研究药物在肠道中的代谢和转运提供了重要依据。
6. 通透性评估：研究发现，通透性增强剂 C₁₀能使芯片的屏障通透性呈浓度依赖性增加，在处理后 2 - 4 小时最为明显，且在 24 - 48 小时，屏障能够恢复，同时细胞活力不受影响。

在研究结论和讨论部分，该研究成功建立了猪空肠 MPS 器官芯片模型，并对其进行了全面的表征。此模型在细胞组成、功能以及对通透性增强剂的反应等方面都与体内空肠相似。与传统模型相比，它能更好地模拟体内肠道环境，为药物研发中的吸收、分布、代谢、排泄和毒理学（ADMET）研究提供了有力工具，有助于提高药物研发效率，减少动物实验的使用，推动药物研发向更加精准、高效的方向迈进。这一成果在生命科学和健康医学领域具有重要的应用价值，为后续的药物研究开辟了新的道路。