(波士顿)-成千上万的共生微生物生活在人类的粘膜和表皮表面，已经确定这种微生物群会影响其宿主对各种病原体的耐受性和敏感性。然而，并不是所有的生物都对宿主传染性病原体产生了耐受性。例如，众所周知，在预防某些病原体如鼠伤寒沙门氏菌的感染方面，小鼠的肠道微生物群比人的肠道微生物群更有效。
这提出了一个有趣的可能性，即分析人类和其他物种(如小鼠)之间宿主-微生物群相互作用的差异，并指出保护某些病原体或对某些病原体敏感的细菌的个体类型，这可能导致全新的治疗方法。然而，尽管已经在小鼠中很好地研究了肠道微生物群的组成及其对宿主免疫反应的影响，但不可能研究微生物群如何在高度受限的条件下与肠道上皮细胞直接相互作用，从而发现特定的细菌菌株可以诱导宿主对感染性病原体的耐受性。
现在，协作团队由怀斯公司的创始董事唐纳德英格博博士领导。哈佛大学Wyss生物灵感工程研究所博士和哈佛医学院(HMS)的Dennis Kasper博士利用Wyss微流控芯片的器官芯片技术，模拟小鼠肠道的不同解剖部位及其共生关系。体外复杂的活微生物群。研究人员总结了鼠伤寒沙门氏菌对工程小鼠结肠芯片肠上皮表面的破坏作用，在小鼠和人的微生物区系对比分析中，证实了共生菌粪肠球菌有助于宿主耐受鼠伤寒沙门氏菌感染。这项研究发表在《细胞和感染微生物学前沿》上。
该项目是在美国国防部高级研究计划局支持的怀斯研究所“宿主抵抗技术”(THoR)项目下启动的。这个项目的目的是通过研究一些动物物种和人类之间的差异来发现对感染的耐受性的关键作用。Ingber的团队在之前的研究中使用了人类结肠芯片，以显示源自小鼠和人类粪便的微生物产生的代谢物如何具有不同的潜力来影响肠出血性大肠杆菌病原体感染的易感性。
“生物医学研究很大程度上依赖于小鼠等动物模型，这无疑有很大的好处，但并不能提供研究肠道等特定器官正常和病理过程的机会，近距离和实时。由Dennis Kasper团队进行的一项重要的概念验证研究强调，我们的工程小鼠肠道芯片平台提供了这一功能，并提供了在高度可控的条件下在体外研究不同物种的宿主-微生物组和微生物组之间相互作用的可能性，”Ingber说。“鉴于小鼠免疫学的深刻特征，这种能力可以极大地帮助推进研究人员的工作，他们使用这些动物来研究微生物组和宿主反应。
鼠标芯片肠道平台的设计。
在他们的新研究中，研究小组集中在老鼠的肠道上。“传统上，很难模拟任何生物体中宿主-微生物群的相互作用，因为许多细菌严格来说是厌氧的，在正常的大气氧气条件下会死亡。有机芯片技术可以重现这些情况，更容易获得原代肠道和免疫细胞。这项研究的第一作者弗朗西丝卡加扎尼加加加博士说，他来自老鼠，而不是依靠人体活检。
加扎尼加和她的同事从小鼠肠道的不同区域(包括十二指肠、空肠、回肠和结肠)分离肠隐窝，并通过中间的“有机样品”步骤培养它们的细胞，在该步骤中形成并生长小组织片段，然后将它们接种到Wyss器官芯片的两个平行微流体灌注通道之一中，以创建区域特异性肠芯片。第二个独立灌注通道模拟血管系统，通过多孔膜与第一个隔离，可以交换肠上皮细胞用来与血管和免疫细胞沟通的营养物质、代谢产物和分泌分子。
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