炎症性腸病（IBD）長期以來難以治療，因為科學家仍未完全理解導致患者慢性炎症、組織損傷和疤痕的原因。現在，研究人員建立了一種人類「器官芯片」模型，重現了 IBD 的關鍵特徵，並揭示了該疾病的一些意外生物驅動因素，包括基質成纖維細胞、腸道機械運動及與懷孕相關的激素。這項研究填補了 IBD 研究中的一個重要空白：缺乏能夠準確反映疾病複雜性的人類模型。動物模型往往無法模仿人類的免疫反應和組織行為，導致有關克羅恩病和潰瘍性結腸炎的關鍵問題未得到解答，這些疾病共同影響著數百萬人。
研究人員建立人類器官芯片模型以重現 IBD 特徵
為了克服這一難題，研究人員使用取自同一 IBD 患者的發炎和健康區域的細胞，建造了特定於供體的結腸芯片。這些芯片結合了腸道上皮細胞和基質成纖維細胞，置於一個微流控系統中，模擬血流、腸道液體運動，甚至類似於蠕動的有節律的腸道伸展。結果是一個活的模型，讓研究人員能夠在受控條件下實時觀察炎症、屏障損傷和組織重塑。
模型顯示，腸道基質中的成纖維細胞不僅僅是結構支持細胞，而是疾病的主動驅動者。當 IBD 來源的成纖維細胞存在時，即使是健康的上皮細胞也開始顯現出類似疾病的行為，包括屏障破壞和炎症。「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表現出許多 IBD 的特徵。」研究人員表示。組織的機械伸展進一步惡化了炎症和纖維化，這表明腸道自身的運動可能會影響疾病的嚴重程度。
研究人員接下來測試了懷孕激素是否會影響 IBD 的進展。當引入類似於懷孕第一 trimester 的激素水平時，IBD 芯片中的炎症和纖維化顯著增加，而健康芯片則沒有。這為某些女性在懷孕期間經歷 IBD 症狀惡化提供了可能的生物學解釋。該平台還幫助模擬早期癌症的發展。當暴露於致癌物時，IBD 芯片顯示出較高的突變率、染色體變化以及癌症相關通路的活化，表明慢性炎症可能通過可測量的細胞變化增加癌症的易感性。
研究還顯示，與 IBD 相關的成纖維細胞在上皮細胞中放大早期癌症信號，這提供了基質細胞行為與炎症腸道組織中癌症發生之間的直接聯繫。「IBD 芯片與組織重組體連接，發現 IBD 成纖維細胞對健康上皮細胞中早期結腸癌標記（CEACAM5）的表達具有強大的誘導作用。」研究人員指出。研究結果表明，腸道中的纖維化和炎症信號可能不僅僅伴隨著疾病進展，還可能積極促進癌症風險。這項工作突顯了患者衍生的器官芯片如何成為研究複雜疾病和在受控的與人類相關的系統中測試療法的工具。
項目 規格 模型類型 人類器官芯片 組織來源 IBD 患者的發炎及健康區域 功能特徵 模擬腸道液體運動及蠕動
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