在肠道健康高级研究方面取得突破，科学家们开发了一种与人类肠道的微观3D版本，浓缩在一个约为五分硬币一半大小的小芯片上。这种新的细胞培养平台被称为肠道-微生物组芯片（GMoC），提供了一个现实的体外微肠模型，允许研究人员检查肠道微生物的相互作用及其对肠道健康的集体影响。该芯片提供了一种可扩展、可重复和高效的方法来分析肠道微生物及其社区的作用，这对预防性医疗和制药行业具有重要意义。
“GMoC系统代表了我们研究肠道微生物群落对肠道健康和疾病影响能力的重大进展，”新加坡国立大学（NUS）健康创新与技术研究所（iHealthtech）主任林聚德教授说。林教授同时也是新加坡国立大学设计与工程学院生物医学工程系的成员。“通过建立一个生理相关的肠道模型，能够培养肠道微生物群落，我们可以深入了解这些微生物在维持肠道健康和预防疾病中的角色和复杂机制。”
理解肠道微生物与健康的复杂相互作用
我们的肠道中包含数万亿的细菌、真菌和病毒，它们在我们的整体健康中发挥着至关重要的作用。这些微生物群落——统称为肠道菌群或肠道微生物组——既可以帮助我们，也可能伤害我们。
然而，这些肠道微生物如何防止或导致胃肠道疾病的确切机制仍不清楚。虽然研究人员已经识别出健康人与患病者的肠道微生物组之间的个体差异，但我们肠道中数万亿微生物之间的相互作用的复杂性使得很难孤立出这些微生物保护我们或诱发疾病的确切作用模式。
新加坡国立大学的研究人员开发的创新3D“微肠”平台提供了与现有模型相比更现实的肠道微生物群落表现。它模拟了与人类肠道相似的生物条件（如食物移动和氧气水平），模拟肠道内壁的重要结构和生理特征，允许培养多样化的微生物群落，并设计便于实时观察。
模仿人类肠道
GMoC系统提供了一个现实的体外（体外）人类肠道模型，具有模仿肠道的关键建筑和功能方面的3D版本，如肠绒毛（用于营养吸收的小指状突出物）、微生物与肠道细胞的共生，以及模仿食物移动的动态条件。
复制肠绒毛的结构非常重要，因为不同微生物物种在3D基质中的具体位置会影响它们的组织和功能，同时也对肠道对各种刺激的反应产生独特影响。
除了结构特征外，团队的“微肠”平台还展示了功能性和生理相关的肠上皮的关键属性。“微肠”还可以产生粘蛋白，作为抵御微生物入侵的防线，并有助于建立肠道与细菌的界面。
因此，GMoC系统是一个更完整的体外模型，因为它在建筑上复制了人类肠道内壁的细胞，并提供了比现有静态体外系统更具生理意义的模型。
实时可视化微生物间相互作用
GMoC系统有望成为多功能研究工具，使科学家能够更高分辨率、实时地研究微生物间相互作用和肠道-微生物群落相互作用。
通过研究不同细菌物种如何争夺肠道中营养物质和生长空间等有限资源，及研究这种竞争如何帮助防止有害细菌过度生长和干扰肠道微生物群的平衡，科学家可以促进针对微生物组的干预措施和调节肠道微生物群策略的发展。
GMoC的独特设计确保了可扩展性，同时允许在单个芯片上进行多重测试。
未来计划
研究团队专注于进一步开发该设备，旨在增强其复杂性，以更好地复制人类肠道。这包括结合复杂的机械线索，增强细胞复杂性，并在GMoC系统内创建氧气梯度。
在生物学方面，团队还计划利用该设备进一步研究多样化微生物群落在各种刺激（包括营养物质和抗生素）下的组装、相互作用和行为。这将有助于我们总体理解这些相互作用如何影响肠道健康。在商业化方面，团队希望通过降低生产成本和标准化生产流程将该设备推向市场。
GMoC芯片通过提供一个现实的体外平台，调查肠道微生物在高度可扩展的方式下的多方面角色，为该领域提供了关键进展。这将帮助科学家更好地理解微生物诱导的疾病发病机制，识别新的治疗靶点，并开发能够调节肠道微生物组以改善健康和临床结果的治疗方案。
