马萨诸塞州剑桥市-麻省理工学院的生物工程师创建了一个多组织模型，该模型使他们可以在植入了人类细胞的专用微流平台上研究不同器官与免疫系统之间的关系。

使用这种类型的模型，有时也称为“芯片上的器官”或“芯片上的物理组”，研究团队能够探索循环免疫细胞在溃疡性结肠炎和其他炎症性疾病中的作用。他们还发现，在这些炎症条件下，人类肠道细菌产生的代谢副产物起着重要作用。

“我们已经证明，现在您可以通过在芯片上的这些器官中进行实验设计来开始攻击这些真正棘手的慢性炎症性疾病，”生物工程学教授，工程创新学院工程学院教授Linda Griffith说。机械工程学以及该研究的资深作者。

研究人员说，今天在《细胞系统》杂志上描述的这种方法也可能有助于研究许多其他复杂的疾病。

麻省理工学院的博士后和论文的主要作者马丁·特拉佩卡尔说：“现在，我们可以选择在受控和系统的条件下真正降低或增加疾病的复杂程度。”

复杂模型

大约20年前，格里菲斯(Griffith)的实验室首先开始研究被称为“肝芯片”的人类肝脏模型。该系统由在特殊支架上生长的工程人类肝脏组织组成，可用于测试药物毒性。最近，她一直在研究许多相互连接的器官的小规模复制品，也称为微生理系统(MPS)。她在2018年报告了该平台的开发，该平台可用于一次模拟多达10个器官之间的相互作用。

这些类型的设备非常适合分析复杂的疾病，包括涉及多个器官，受免疫系统影响或无法由单个基因或少数基因解释的复杂疾病。

格里菲斯说：“我们想建立使您将多个器官系统连接在一起的技术，以便我们可以开始开发新的工具来对抗慢性炎症性疾病。”“在药物开发中，该领域确实与非单基因疾病作斗争。”

在新的细胞系统研究中，她和Trapecar着手模拟结肠和肝脏这两个器官之间的相互作用。他们还想研究免疫系统，特别是T细胞如何影响这些器官。已知高达80%的患有慢性肝自身免疫性疾病(称为原发性硬化性胆管炎)的患者也患有炎症性肠病(IBD)。并且，患有IBD的患者更有可能发展肝脏自身免疫性疾病。

新系统包含溃疡性结肠炎患者的结肠细胞以及健康的肝细胞。研究人员发现，将这些组织连接起来后，与分离时相比，它们的生理行为完全改变了。当组织暴露于健康的肝细胞时，溃疡性结肠炎肠道组织的炎症减少。同时，参与代谢和免疫功能的基因和细胞途径在两个器官中变得更加活跃。

然后，研究人员将两种类型的T细胞添加到系统中：抑制其他免疫细胞的CD4 + T调节细胞和刺激炎症的TH17细胞。将这些T细胞添加到肠肝相互作用中会迅速增加炎症，并重现IBD和自身免疫性肝病的某些特征。

最后，研究人员决定研究称为短链脂肪酸(SCFA)的分子在炎症性疾病中的潜在作用。这些分子在未消化的纤维上饱食时由人类肠道中的微生物产生。大量生产的短链脂肪酸包括丁酸酯，丙酸酯和乙酸酯，约占我们日常能源需求的10%。

尽管这些化合物对人体具有许多有益的作用，包括减少炎症，但近年来的一些研究表明，SCFA也可以通过刺激炎症而引起伤害。麻省理工学院的新研究发现，在溃疡性结肠炎模型中添加SCFA可以大大加剧整个肝脏和肠道的炎症，但前提是已经存在T细胞。

“基于这些研究，我们形成的假设是，短链脂肪酸的作用似乎取决于参与的适应性免疫系统(包括T细胞)的数量，” Trapecar说。