一种在微小的、相互连接的腔室中容纳不同细胞类型的新芯片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。集成肠肝芯片(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，旨在提高对非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)的理解。研究人员与日本的同事一起在《通讯生物学》杂志上发表了他们的发现。
“NAFLD影响了相当大比例的人口，但尚未建立有效的治疗方法，”领导这项研究的iCeMS生物工程师Ken-ichiroKamei解释说。这是因为NAFLD是一种复杂的疾病，涉及肠道与肝脏内部和之间的广泛相互作用，称为肠道-肝脏轴。由于物种之间存在许多差异，因此很难使用小鼠等动物对这些相互作用进行建模。
NAFLD涉及肝脏内脂肪的堆积，这可能会变得很严重。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，以便能够发现改进的治疗方案。
这不是科学家们第一次开发器官芯片平台，也不是第一个肠道-肝脏平台，但之前的设备并不完美。Kamei和他的同事开发的平台克服了一些但不是所有以前尝试的问题。
科学家们通过将来自肝癌细胞系和肠道癌细胞系的细胞置于不同的腔室中来测试他们的iGLC平台。这些腔室通过微小的流体通道连接，这些通道具有战略定位的阀门，可以打开和关闭。该平台还包括用于在腔室之间推动流体的泵。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。它还允许科学家将新物质引入平台，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，该平台由一种名为聚二甲基硅氧烷(PDMS)的硅树脂材料制成，并涂有另外两种物质：一种防止芯片吸收可能影响实验的脂肪分子，另一种促进细胞生长。
与单独培养的相同细胞相比，在iGLC平台中培养的肠道和肝细胞的基因表达发生了显着变化。科学家们还记录了在引入游离脂肪酸1天或7天后细胞发生的具体变化。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-肝轴的影响。实验还使用了癌细胞系，它们并不代表活体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。
“我们接下来计划使用源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研究NAFLD，这些条件更接近于模拟患者的生理环境，”iCeMS机械工程研究员、该研究的通讯作者YoshikazuHirai说。
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