基于图案化静电纺纳米纤维膜的体外肠道模型构建及应用

• 作 者: 牛红梅
• 出 处: 浙江工商大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 体外肠道模型 2D细胞层 原代肠道细胞 图案化静电纺纳米纤维膜 益生菌

在诸多的体外肠道模型中,Caco-2细胞模型是目前使用最多也最为经典的一种体外肠道模型。然而,Caco-2细胞是人结直肠腺癌细胞,与健康的肠道上皮细胞之间存在较大差异。鉴于此,目前的体外肠道模型研究主要通过从肠道中分离肠道上皮干细胞,并在体外培养形成肠道类器官来重现天然肠道上皮,模拟肠道相关的生理功能。但是,干细胞的分离难度大,成本高,且密闭的肠道类器官形态不易开展吸收转化及相互作用等相关研究。因此,体外肠道模型亟需从3D的肠道类器官模型向2D的肠道界面模型转变,通过对2D肠道界面两侧流体的控制,以更真实地模拟肠道界面。相比之下,2D肠道界面模型更利于研究者在体外研究食品、药物、微生物等组分在肠道吸收、转化或相互作用等生理现象。基于此,本工作采用图案化静电纺聚乳酸纳米纤维膜模拟肠道上皮的隐窝结构,以此作为原代肠道细胞的载体材料,构建体外肠道模型,促使原代肠道细胞在体外形成2D细胞层,并充分分化表达,实现对肠道组织的更真实模拟,并用于评估益生菌在肠道上皮的定殖性能及益生菌对肠道上皮细胞的影响。具体研究工作主要围绕以下三个方面展开:1、制备了数种图案化静电纺聚乳酸纳米纤维膜,通过原代肠道细胞培养实验,从中筛选出了最适合原代肠道细胞粘附生长的图案化静电纺聚乳酸纳米纤维膜,并以此为标准的细胞培养支架材料,构建基于原代肠道细胞的体外肠道模型。通过扫描电镜对材料表面形成的细胞层进行观察,发现在该模型中,细胞培养2-3天时,原代肠道细胞即可在图案化静电纺聚乳酸纳米纤维膜表面形成致密的细胞层,且细胞活力旺盛。2、研究基于图案化静电纺聚乳酸纳米纤维膜构建的体外肠道模型在培养细胞的过程中,细胞培养时间、基质胶表面改性条件等因素对2D细胞层中细胞数量、细胞活力的影响,并对膜材料表面细胞分化和基因表达等性能进行分析。实验结果与基于原代肠道细胞培养的传统Transwell模型进行比较,发现本工作构建的体外肠道模型更有利于原代肠道细胞的正常生长和功能分化。3、采用构建的体外肠道模型,评估干酪乳杆菌(来自养乐多)、植物乳杆菌、双歧杆菌和罗伊氏乳杆菌在2D肠道界面的粘附定殖性能,并考察了含有多种益生菌组分的商品化益生菌菌剂对肠道细胞的影响。实验结果表明,婴儿双歧杆菌在肠道细胞表面的粘附能力强于其他三种益生菌;复合益生菌菌剂对原代十二指肠细胞表达影响不大,但对原代结肠细胞表达有影响,益生菌使培养的结肠细胞表达更接近结肠组织,而Caco-2细胞模型中分化细胞的基因表达组成与原肠道组织相差甚远。