北京
新研究顯示，人體腸道芯片模型發現，成纖維細胞、激素和腸道運動驅動著IBD的嚴重程度和癌癥風險。
炎癥性腸病（IBD）長期以來難以治療，因為科學家仍不完全清楚是什么導致了患者身上的慢性炎癥、組織損傷和瘢痕形成。如今，研究人員構建了一種人體“器官芯片”模型，在實驗室中重現了IBD的關鍵特征，并揭示了疾病背后意想不到的生物驅動因素，包括間質成纖維細胞、腸道機械運動以及妊娠相關激素的作用。
這項研究彌補了IBD研究中的一大空白：缺乏能準確反映疾病復雜性的人體模型。動物模型往往無法復制人類的免疫反應和組織行為，使得關于克羅恩病和潰瘍性結腸炎的關鍵問題懸而未決，而這兩種疾病共影響著數百萬人。
為克服這一難題，研究人員利用取自同一IBD患者發炎部位和健康部位的細胞，構建了供體特異性結腸芯片。這些芯片將腸上皮細胞和間質成纖維細胞整合在一個微流控系統中，該系統能模擬血流、腸液運動，甚至模擬類似腸道蠕動的節律性拉伸。
最終構建出一個活的人體腸道模型，使研究人員能夠在受控條件下實時觀察炎癥、屏障損傷和組織重塑。
隱藏的組織驅動因素
該模型顯示，腸道間質中的成纖維細胞不僅僅是結構支撐細胞，更是疾病的活躍驅動者。當存在來源于IBD的成纖維細胞時，即便是健康的上皮細胞也開始表現出類似疾病的行為，包括屏障破壞和炎癥。
研究人員表示：“我們的研究首次證明，病變的成纖維細胞足以使健康的上皮細胞呈現IBD的許多特征。”
對組織施加的機械拉伸進一步加重了炎癥和纖維化，這表明腸道運動本身就能影響疾病的嚴重程度。
該系統還顯示，與健康芯片相比，免疫細胞在病變芯片中向上皮組織遷移的侵襲性更強，這與在患者體內觀察到的情況非常相似。
激素重塑疾病嚴重程度
研究人員接下來測試了妊娠激素是否會影響IBD的進展。當在系統中引入與孕早期水平相似的激素時，IBD芯片中的炎癥和纖維化顯著加劇，但在健康芯片中則沒有。這為部分女性在妊娠期間IBD癥狀惡化的現象提供了一種可能的生物學解釋。
該平臺還有助于模擬早期癌癥的發展。當暴露于一種致癌物時，與健康芯片相比，IBD芯片表現出更高的突變率、染色體變化以及癌癥相關通路的激活，這表明慢性炎癥可能通過可測量的細胞變化增加患癌易感性。
揭示的癌癥風險
研究還表明，與IBD相關的成纖維細胞會放大上皮細胞中的早期癌癥信號。這為發炎腸道組織中間質細胞行為與癌癥發生之間提供了直接聯系。
研究人員指出：“用ENU（致癌物）處理過的組織重組體襯里的IBD芯片再次證實了IBD成纖維細胞的主導作用，它能強力誘導暴露于該致癌物的健康上皮細胞表達早期結直腸癌標志物（CEACAM5）。”
這些發現表明，腸道中的纖維化和炎癥信號可能主動促進癌癥風險，而不僅僅是伴隨疾病進展。
該研究強調了患者來源的器官芯片如何能成為研究復雜疾病、并在可控的人體相關系統中測試療法的工具。
這項研究發表在《自然-生物醫學工程》期刊上。
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