新研究显示，人体肠道芯片模型发现，成纤维细胞、激素和肠道运动驱动着IBD的严重程度和癌症风险。
炎症性肠病（IBD）长期以来难以治疗，因为科学家仍不完全清楚是什么导致了患者身上的慢性炎症、组织损伤和瘢痕形成。如今，研究人员构建了一种人体“器官芯片”模型，在实验室中重现了IBD的关键特征，并揭示了疾病背后意想不到的生物驱动因素，包括间质成纤维细胞、肠道机械运动以及妊娠相关激素的作用。
这项研究弥补了IBD研究中的一大空白：缺乏能准确反映疾病复杂性的人体模型。动物模型往往无法复制人类的免疫反应和组织行为，使得关于克罗恩病和溃疡性结肠炎的关键问题悬而未决，而这两种疾病共影响着数百万人。
为克服这一难题，研究人员利用取自同一IBD患者发炎部位和健康部位的细胞，构建了供体特异性结肠芯片。这些芯片将肠上皮细胞和间质成纤维细胞整合在一个微流控系统中，该系统能模拟血流、肠液运动，甚至模拟类似肠道蠕动的节律性拉伸。
最终构建出一个活的人体肠道模型，使研究人员能够在受控条件下实时观察炎症、屏障损伤和组织重塑。
隐藏的组织驱动因素
该模型显示，肠道间质中的成纤维细胞不仅仅是结构支撑细胞，更是疾病的活跃驱动者。当存在来源于IBD的成纤维细胞时，即便是健康的上皮细胞也开始表现出类似疾病的行为，包括屏障破坏和炎症。
研究人员表示：“我们的研究首次证明，病变的成纤维细胞足以使健康的上皮细胞呈现IBD的许多特征。”
对组织施加的机械拉伸进一步加重了炎症和纤维化，这表明肠道运动本身就能影响疾病的严重程度。
该系统还显示，与健康芯片相比，免疫细胞在病变芯片中向上皮组织迁移的侵袭性更强，这与在患者体内观察到的情况非常相似。
激素重塑疾病严重程度
研究人员接下来测试了妊娠激素是否会影响IBD的进展。当在系统中引入与孕早期水平相似的激素时，IBD芯片中的炎症和纤维化显著加剧，但在健康芯片中则没有。这为部分女性在妊娠期间IBD症状恶化的现象提供了一种可能的生物学解释。
该平台还有助于模拟早期癌症的发展。当暴露于一种致癌物时，与健康芯片相比，IBD芯片表现出更高的突变率、染色体变化以及癌症相关通路的激活，这表明慢性炎症可能通过可测量的细胞变化增加患癌易感性。
揭示的癌症风险
研究还表明，与IBD相关的成纤维细胞会放大上皮细胞中的早期癌症信号。这为发炎肠道组织中间质细胞行为与癌症发生之间提供了直接联系。
研究人员指出：“用ENU（致癌物）处理过的组织重组体衬里的IBD芯片再次证实了IBD成纤维细胞的主导作用，它能强力诱导暴露于该致癌物的健康上皮细胞表达早期结直肠癌标志物（CEACAM5）。”
这些发现表明，肠道中的纤维化和炎症信号可能主动促进癌症风险，而不仅仅是伴随疾病进展。
该研究强调了患者来源的器官芯片如何能成为研究复杂疾病、并在可控的人体相关系统中测试疗法的工具。
这项研究发表在《自然-生物医学工程》期刊上。
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