综述:类器官/器官芯片在食品安全与营养研究中的先进策略

【字体: 时间:2025年07月19日 来源:Food Research International 7.0

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  这篇综述系统阐述了类器官(organoid)和器官芯片(organ-on-a-chip, OOC)技术在食品科学领域的突破性应用,通过对比传统动物模型和2D细胞模型的局限性,重点展示了该技术在食源性病原体、功能食品因子、毒性评估、风味感知及人造食品等研究方向的价值,为构建更接近人体生理的体外研究模型提供了创新思路。

  

Abstract
食品营养与安全是食品工业的基石,而研究模型的革新至关重要。与传统动物模型不同,创新的类器官/器官芯片模型具有独特的人类特征和基因组稳定性,在食品研究中备受关注。本综述通过对比类器官与传统模型的特点,系统评估了该技术在食源性病原体、功能食品因子、毒理学、风味感知和人造食品等领域的应用进展。

Introduction
随着慢性疾病全球流行,黄酮类等功能食品成分的研究价值凸显,但食品过敏原、加工有害物质和产毒素病原体仍是重大安全隐患。传统动物模型存在种属差异,2D细胞模型则难以模拟生理微环境。类器官作为干细胞自组装的3D微组织,能高度还原人体器官特征,结合微流控和3D生物打印技术,已构建出包含血管和流体动力学的复杂模型。

Organ-on-a-chip (OOC)
器官芯片技术通过模拟组织特异性微环境和结构,实现了从静态培养到动态仿生的跨越。2010年Donald Ingber开创的"芯片肺"模型标志着该领域的诞生。微流控技术可精确控制剪切力、机械刺激和细胞间相互作用,例如肠芯片通过共培养上皮细胞和免疫细胞成功模拟了宿主-病原体互作。

Organoid/organ-on-a-chip for food safety evaluation
在食品安全评估中,肝类器官用于检测黄曲霉毒素B1的代谢毒性,肠芯片则能追踪诺如病毒侵染过程。相比传统方法,这些模型对食品添加剂如二氧化钛纳米颗粒的细胞毒性检测灵敏度提高3-5倍。

Absorption, metabolism, and transport
肠道作为营养吸收的主要场所,其类器官模型揭示了槲皮素等多酚类物质的转运机制。芯片系统通过整合流体流动和氧梯度,成功模拟了乳糖酶在肠绒毛顶-基底端的表达梯度,为乳糖不耐受研究提供新工具。

Challenges and perspectives
当前挑战在于完全复现体内微环境,未来需关注生物过程复杂性、多系统整合和标准化测量。血管化、神经支配和微生物组引入将成为技术突破点。

Conclusion
类器官/器官芯片技术为食品研究提供了更接近人类的模型,在解析营养代谢通路和食品安全评估方面展现出独特优势,其发展将推动食品科学向精准化和个性化方向迈进。

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