肠屏障评价需要能够调整的共培养环境

沙特阿拉伯阿尔费萨尔大学(Alfaisal University)与马里法大学(Almaarefa University)的研究者,在 Micromachines 报告一种模块化细胞共培养系统。论文以肠道这类影响药物进入体内的生物屏障为具体用途,希望在同一平台安排流动、组织排列和多项功能检测。

每个芯片具有由多孔膜分开的上下两室,可经阀门独立运行、串联或并联。实际细胞实验主要使用 Caco-2 上皮细胞,以及另外模块中的 THP-1 单核细胞或其分化所得巨噬细胞,并未同时建立多种器官。

无细胞传输与活细胞屏障分别验证

团队先在没有细胞的装置中观察荧光葡聚糖沿不同连接路径的移动,确认串联、并联和混合配置中的流体交换。连接方式改变后,下游浓度随位置和时间变化;这些结果检验的是装置传输,还未包含细胞屏障的作用。

Caco-2 形成连续单层后,研究再测量跨上皮电阻(transepithelial electrical resistance,TEER)和葡聚糖通过情况。灌流条件的电阻通常高于静置条件,成像还能观察到紧密连接相关蛋白。电阻用于表征离子屏障,示踪物传输则补充了另一种功能测量。

受损模块断开后,剩余系统电阻恢复

在 3 个并联上皮模块中,团队逐一用葡聚糖硫酸钠(dextran sulfate sodium,DSS)造成屏障损伤,再断开受损模块。一个模块受损时,整体电阻约降至原来的 80%;断开该模块后,剩余健康模块的测量值回到接近初始水平。

这展示了平台在同一次实验中保留或移除特定细胞层的能力。电阻回升来自连接组合改变,论文并没有据此证明受损细胞已经修复;损伤处理后的细胞活性也降低。

另一组多模块比较显示,DSS 处理后上皮电阻下降,4 kDa 荧光葡聚糖的通透增加。串联配置还可观察示踪物依次跨越多个细胞层后的浓度变化,为比较屏障数量和排列提供了不同实验设置。

3 个并联肠上皮模块的损伤、移除及跨上皮电阻变化。

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3 个并联肠上皮模块的损伤、移除及跨上皮电阻变化。(Qasem Ramadan et al. / Micromachines, 2025, Figure 5;CC BY 4.0)

免疫模块增加了炎症读数

研究将一个上皮模块分别与单核细胞或巨噬细胞模块连接,以单独上皮培养为参照。DSS 相关刺激后,巨噬细胞共培养中的部分促炎细胞因子高于单核细胞共培养;检测包括肿瘤坏死因子 α、白细胞介素 6 和白细胞介素 1β。

作者推测 DSS 可能使巨噬细胞偏向促炎状态。本篇报告了细胞因子差异,尚未通过完整表型检验确定巨噬细胞的极化类型。

模型贡献在于配置与功能比较

这项研究把模块组合、屏障电阻、示踪物通透和免疫读数放在同一细胞系统中评价。它为肠屏障相关药物运输及干预研究提供了可调整的配置,但本篇采用的主要扰动是 DSS,尚未报告候选治疗药物的跨屏障药代或疗效比较。

电阻数据点为 3 次仪器测量的平均值,论文没有统一交代独立生物重复数。多个上皮模块使用同一 Caco-2 细胞系,结果反映的是连接配置与细胞层的比较。

来源与延伸阅读

  1. A Versatile and Modular Microfluidic System for Dynamic Cell Culture and Cellular Interactions. Micromachines. 2025. doi:10.3390/mi16020237 ↗