近(jin)日，大連(lian)化(hua)物所秦(qin)建華(hua)研(yan)究(jiu)員(yuan)團(tuan)隊與中科(ke)院(yuan)昆明動(dong)物研(yan)究(jiu)所鄭永(yong)唐(tang)研(yan)究(jiu)員(yuan)團(tuan)隊合作(zuo)，建立(li)了(le)壹種(zhong)仿生腸芯片(pian)感染模型，研(yan)究(jiu)探(tan)索(suo)了(le)新冠病(bing)毒(du)感染導(dao)致的腸屏障(zhang)損傷(shang)、腸粘(zhan)液細(xi)胞分布(bu)異常等壹系(xi)列(lie)病(bing)理(li)改(gai)變(bian)，為新冠病(bing)毒(du)致(zhi)病(bing)機理、傳(chuan)播途徑研(yan)究(jiu)和(he)快速(su)藥(yao)物評(ping)價等提(ti)供(gong)了(le)新的思路和(he)方法。
   新型冠狀病(bing)毒(du)（SARS-CoV-2）感染已(yi)導致全(quan)球(qiu)大流(liu)行(xing)，構(gou)成重大公共(gong)衛(wei)生危(wei)機，嚴(yan)重(zhong)威(wei)脅(xie)人(ren)類(lei)健(jian)康(kang)。臨床(chuang)發現(xian)，新冠病(bing)毒(du)感染病(bing)人(ren)主要以呼(hu)吸道(dao)癥(zheng)狀為主，但(dan)仍有(you)20%到(dao)50%的患(huan)者具(ju)有(you)明顯(xian)的胃腸道癥(zheng)狀，包(bao)括(kuo)腹(fu)痛(tong)、腹瀉、便血，甚至腸(chang)道(dao)穿孔等。另有報道在COVID-19患(huan)者的糞便(bian)樣(yang)本中可(ke)發(fa)現病(bing)毒(du)RNA，提(ti)示(shi)腸道有可(ke)能是新冠病(bing)毒(du)攻(gong)擊的另壹個(ge)主要靶(ba)器官(guan)。盡管已有(you)基(ji)於(yu)細(xi)胞(bao)和(he)動物水平(ping)的感染模型，但(dan)針(zhen)對新冠病(bing)毒(du)誘(you)發(fa)腸(chang)道感染的研(yan)究(jiu)並不多(duo)，感染機制仍不清楚(chu)。特別(bie)是現有研(yan)究(jiu)模型仍然存在壹定(ding)局(ju)限(xian)，尚(shang)難(nan)以反映(ying)人(ren)體(ti)腸道(dao)組織(zhi)界面(mian)、多(duo)細(xi)胞組成(cheng)及粘液(ye)分泌(mi)等器(qi)官(guan)特(te)異性關鍵特征(zheng)。
   人(ren)體(ti)內腸道具(ju)有(you)消化(hua)、吸收(shou)和(he)分泌(mi)等功(gong)能，也是人(ren)體(ti)最大的免(mian)疫器(qi)官。腸道組織包(bao)含(han)復雜的多細胞成(cheng)分、腸(chang)絨毛(mao)結構(gou)、粘膜和(he)微生物菌群等(deng)，其中腸(chang)上皮(pi)組(zu)織屏(ping)障(zhang)對(dui)於(yu)維(wei)持宿(xiu)主—微生物穩態和(he)抵禦外界(jie)病(bing)原體(ti)感染至關重要(yao)。本工作(zuo)從人(ren)體(ti)腸道(dao)結構(gou)和(he)功(gong)能特點出(chu)發，仿生建立(li)了(le)壹種(zhong)多(duo)層設計的可灌註腸芯片(pian)裝(zhuang)置(zhi)，模擬包(bao)含(han)多(duo)種(zhong)人源腸(chang)細胞(bao)、組織(zhi)界(jie)面、3D細胞基(ji)質(zhi)和(he)機械(xie)流(liu)體(ti)等復雜因素的腸組織微(wei)環境。實(shi)驗(yan)中，研(yan)究(jiu)者通過(guo)在多層腸(chang)芯片(pian)裝(zhuang)置(zhi)上下(xia)側(ce)腔(qiang)室內進(jin)行人腸(chang)上皮(pi)細(xi)胞、黏(nian)液分泌(mi)細胞(bao)、人(ren)臍(qi)靜(jing)脈(mai)血管內皮細胞和(he)人免(mian)疫細(xi)胞的3D動態共培養(yang)，可形(xing)成具(ju)有(you)人腸上皮(pi)—血管內皮界面特(te)征(zheng)的腸組織屏(ping)障(zhang)，並(bing)呈(cheng)現(xian)典型的腸絨毛(mao)結構(gou)、粘液分泌(mi)和(he)屏障(zhang)完(wan)整(zheng)性等(deng)功(gong)能。
   利用(yong)該芯片(pian)裝(zhuang)置(zhi)，研(yan)究(jiu)者在中科(ke)院(yuan)昆明動(dong)物所BSL-3實(shi)驗(yan)室內開展(zhan)新冠病(bing)毒(du)感染研(yan)究(jiu)。當(dang)腸(chang)芯片(pian)裝(zhuang)置(zhi)暴(bao)露(lu)於(yu)新冠病(bing)毒(du)後，在人腸上皮(pi)細(xi)胞內可見大量病(bing)毒(du)復制，同(tong)時(shi)出現(xian)絨(rong)毛(mao)破(po)壞，粘液(ye)分泌(mi)細胞(bao)分(fen)布(bu)異常，鈣粘蛋(dan)白(bai)表(biao)達(da)水平(ping)降(jiang)低等(deng)多(duo)種腸(chang)組(zu)織(zhi)屏障(zhang)損傷(shang)改(gai)變(bian)。此(ci)外(wai)，病(bing)毒(du)感染還(hai)可導致(zhi)血管內皮細胞損傷(shang)，細胞(bao)數量明顯(xian)減少(shao)以及細(xi)胞間(jian)連(lian)接(jie)蛋白(bai)（VE-cadherin）表(biao)達(da)降(jiang)低等(deng)改(gai)變(bian)。轉(zhuan)錄(lu)組(zu)分(fen)析(xi)發(fa)現，病(bing)毒(du)感染可(ke)誘發人(ren)腸上皮(pi)細(xi)胞和(he)血管內皮細胞出(chu)現(xian)異常響(xiang)應，包(bao)括(kuo)免(mian)疫反應相(xiang)關信號通路（如TNF和(he)NF-kappa B）激(ji)活(huo)、促炎細胞(bao)因(yin)子(zi)和(he)趨(qu)化(hua)因子(zi)相(xiang)關基(ji)因(yin)（如TNF，IL-6和(he)CXCL10）表(biao)達(da)升高(gao)等壹系(xi)列(lie)變(bian)化(hua)。
   本工作(zuo)中，研(yan)究(jiu)者首次(ci)嘗試(shi)利用微流(liu)控仿生腸芯片(pian)裝(zhuang)置(zhi)探(tan)究(jiu)新冠病(bing)毒(du)誘(you)發(fa)的腸道感染，發(fa)現新冠病(bing)毒(du)可(ke)導(dao)致(zhi)人腸組織屏(ping)障(zhang)功(gong)能障(zhang)礙，內皮細胞損傷(shang)和(he)炎癥(zheng)反應等壹系(xi)列(lie)病(bing)理(li)過(guo)程。這種腸(chang)芯片(pian)感染模型可在壹定(ding)程度上反映(ying)基(ji)於(yu)組(zu)織(zhi)水(shui)平(ping)的腸器官生理特(te)點以及對(dui)新冠病(bing)毒(du)的病(bing)理(li)響(xiang)應，並具(ju)有(you)建模周期短、耗費低和(he)易於(yu)動(dong)態觀(guan)測等優勢(shi)。後續工作可進(jin)壹步(bu)結合人(ren)體(ti)多種(zhong)腸道(dao)免(mian)疫細(xi)胞和(he)腸道(dao)微生物等因(yin)素，在芯片(pian)上建立(li)更(geng)加復雜的腸道免(mian)疫微(wei)環境，對(dui)於(yu)深(shen)入(ru)研(yan)究(jiu)腸道病(bing)原體(ti)與宿(xiu)主間(jian)相(xiang)互(hu)作用(yong)以及病(bing)毒(du)傳(chuan)播途徑等具(ju)有(you)重要意義。
   該(gai)工(gong)作於(yu)近(jin)日(ri)發(fa)表(biao)在《科學通報》（Science Bulletin）上。