-我们与肠道中微生物的集合-肠道微生物组-有着相互联系但复杂的关系。这种复杂的细菌群落分解了不同的食物成分，并释放出营养物质，例如维生素和许多其他因素，这些因素控制着肠道以外组织的功能。但是，大量微生物也可以威胁炎症，因为它们可以引发炎症，这被认为是许多肠道疾病的根源，包括炎症性肠病，辐射引起的肠道损伤和某些癌症。

为了从肠道内腔吸收有益物质，同时防止肠道微生物接触肠道上皮组织表面，称为杯状细胞的特殊细胞不断产生粘液，粘液状粘液状物质覆盖了整个肠道表面。迄今为止，众所周知，粘液的研究非常困难：其结构会在外科切除的肠道部分迅速崩解，这是最常用于研究粘液的系统，并且没有体外培养系统能够重建具有粘液的体内类粘液层。在人体外活肠中看到的自然结构。除了这些困难之外，人与其他物种，肠道的不同部分甚至不同的个体之间的粘液也有所不同。

现在，哈佛大学怀斯生物启发工程研究所的一组组织工程师着眼于容纳最多数量的共生微生物且粘液层最厚的大肠或结肠，开发了一种芯片上的结肠(结肠芯片)。 )微流控培养设备，内衬患者来源的结肠细胞，这些细胞自发地积聚通常在正常人结肠中具有的厚度，双层结构和屏障功能的粘液层。在他们的模型中，粘膜表面还通过快速溶胀反应对炎症介质前列腺素E2(PGE2)作出反应。他们的发现发表在细胞和分子胃肠病学和肝病学上。

“我们的方法为研究人员提供了寻找有关正常和与疾病相关的粘液生物学问题的答案的机会，例如它对肠道炎性疾病和癌症的贡献以及复杂的宿主-微生物组相互作用，”医学博士Donald Ingber博士说.D。，该研究的高级研究员。“重要的是，我们使用患者来源的细胞来排列这些设备，因此这代表了个性化医学的全新方法，在这种方法中，可以研究特定患者的粘液功能或功能障碍，并据此调整治疗方法。”

Ingber还是哈佛医学院和波士顿儿童医院血管生物学计划的Judah Folkman教授，也是哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院的生物工程学教授。他的团队是多机构合作的一部分，该合作得到了英国癌症研究大挑战资助的支持，他的Wyss团队研究了炎症相关变化如何导致癌症(包括结肠癌)的形成。大挑战是一项雄心勃勃的国际癌症研究计划，旨在支持世界一流的科学家团队应对癌症中最严峻的挑战，并为他们提供自由尝试大规模新方法的自由。

该团队的方法首先从结肠切除和内窥镜活检中的患者来源结肠细胞开始，它们首先以“类器官”的形式生长，这是结肠组织的微小组织球，主要包含上皮干细胞。破碎类器官后，它们的细胞被用于填充微流体芯片的两个平行通道的上部，该通道被多孔膜隔开。简单地通过用营养培养基连续灌注通道，结肠干细胞即可长成连续薄片，并形成分泌粘液的功能强大的杯状细胞。

第一作者亚历山德拉·桑特尼默-菲尔普斯(Alexandra Sontheimer-Phelps)说：“在流动状态下在芯片上生长细胞会导致约15%的上皮细胞自发分化为杯状细胞。这些细胞分布在整个上皮中，产生类似活体的粘液层。来自德国弗赖堡大学的学生，在Ingber小组工作。“与此同时，其他不断分裂的上皮细胞也像活结肠一样补充了杯状细胞，这意味着该芯片可以在稳态条件下维持两周以上，这使其在更长的时间内非常有用。学期学习。”

Wyss团队显示，芯片中的结肠上皮完全极化，具有独特的标记，仅限于其腔暴露，粘液分泌侧和相对的膜结合侧。它的杯状细胞分泌主要的粘液蛋白粘蛋白2(MUC2)，当与糖分子的复杂链连接时，其组装成吸收水的多分子网络或凝胶。“我们的方法实际上产生了正常结肠粘液的双层结构，我们显示出内部致密层，该层致密于模仿细菌通过肠道通道的颗粒，而更松散的外层则允许颗粒进入。这从来没有已在体外完成。” Sontheimer-Phelps说。