使用人体肠芯片的辐射研究为未来提供了希望

“当癌症患者接受特定器官的辐射治疗时，其他器官也受到影响，主要是骨髓，肺和肠道，”第一个作者Sasan Jalili-Furoozinezhad说。显示的是小肠中的正常，未被造成的绒毛状突起。

切尔诺贝利。三英里岛。福岛核电厂的事故可能会导致大规模的破坏，使工人和平民暴露于导致癌症遗传突变和死亡的危险辐射水平。虽然受核事件影响的人数小，但每年都在世界各地的癌症患者接受放射治疗，而较低剂量，仍然可以造成有害的累积副作用。

由于将健康的人们暴露于临床试验的辐射将是不道德的，识别可以减轻辐射暴露的效果的药物的努力被限制在动物研究中，这是众所周知的贫困药物如何在人类中表现出令人难度的预测因子。现在，哈佛大学的Wyss生物启发工程研究所研究人员，哈佛大学院校（Ist，葡萄牙），波士顿儿童医院和哈佛医学院（HMS）已经使用芯片（器官）发表了一项研究芯片）揭示肠血管细胞的人体模型可能在辐射诱导的肠损伤中发挥重要组成部分，并且证实潜在的放射保护药物，二甲基氧丙甘油（DMOG）抑制了肠道对放射损伤的反应。结果报告了细胞死亡和疾病。

当芯片暴露于8GY的辐射（中间）时，人体肠道上芯片中的肠道上皮突出突出，突出垂直的绒毛状突起（左侧）。抗Dmog的辐射损伤（在右侧）。

“当癌症患者接受特定器官的辐射治疗时，其他器官也受到影响，大多是骨髓，肺和肠道，”第一作者萨桑·贾利利 - 菲罗佐佐佐德斯说，他是WYSS研究所的研究生葡萄牙IST生物工程与生物科学研究所。“肠道中的辐射导致上皮细胞的微血管突出缩回，导致营养吸收不良，通过常紧的肠道屏障泄漏，以及有益微生物组的破坏。我们想看看我们是否可以在GUT芯片中复制该响应，然后用DMOG反转它。“

肠道芯片是由透明，柔性聚合物组成的微流体装置，其含有由多孔细胞外基质膜分开的两个平行的微通道。一个通道涂有人肠上皮细胞，另一个通道与人类内皮细胞模仿血管壁。细胞培养基通过两个通道灌注，并且以规则的间隔将抽吸施加到芯片内的侧腔室中以循环拉伸组织，以模仿通过肠道移动食物的蠕动状运动。在这些条件下，上皮细胞自发地形成肠道绒毛状的结构和表面微绒毛，这些结构和表面微血管增加细胞表面区域的营养交换，就像它们在生活肠中一样。

当研究人员将肠道芯片暴露于8灰色的辐射剂量时，已知在人类中引起胃肠道效应，他们观察到内皮和上皮细胞中的几种细胞损伤标记增加：凋亡（或细胞死亡），发电反应性氧（ROS或自由基），双链DNA断裂，细胞膜中脂质的降解，以及微绒毛结构的损失，以及相邻细胞和保护的粘膜之间的结的破坏来自细菌和毒素的肠壁。

有趣的是，在ROS产生，脂质降解和DNA片段化方面，血管通道中的内皮细胞对胃肠道中的上皮细胞具有更强的辐射反应。此外，内皮细胞在暴露后约24小时经历峰凋亡水平，而上皮细胞在48小时内遭受最严重的击中，表明内皮对辐射更敏感。

当科学家重复在仅含有上皮细胞的芯片上的实验时，他们观察到辐照细胞没有对辐射的典型反应：它们的微血管没有被钝化，但它们的粘膜屏障没有破坏，它们的细胞屏障仍然是官能的，并且他们有较低的ROS生成。这种令人惊讶的结果表明内皮细胞在放射损伤中观察到的胃肠道损伤中发挥着关键作用。

“这一发现有助于解释为什么不包括内皮细胞的其他模型的人肠道通常不能模仿肠道对辐射损伤的反应，”纸张和工作人员的联合作者，MBA，MBA，博士说Wyss Institute的科学家。“需要更多的研究来证实内皮细胞和上皮细胞反应之间的联系，但我们认为由内皮细胞损伤产生的ROS将被证明是上皮细胞损伤后的驱动力，这可以作为未来抗辐射的目标疗法。”

然后，该团队将肠道芯片暴露于Dmog，该化合物已被证明通过增加在施用辐射之前通过增加保护蛋白HIF-1和HIF-2的生产来α防止大α鼠的辐射损伤。他们观察到DMOG预处理在肠上皮细胞的上皮和内皮细胞，肠道渗透性和微血管损伤中显着降低了凋亡，ROS生成和脂质降解，从未在人体组织中展示过的结果。

“现在我们在人体器官系统中成功测试了潜在的药物候选人，我们的目标是通过在生理上模仿肠道的辐射损伤来识别新的射频或新的辐射防护药物，”Jalil-Furoozinezhad说。

虽然该研究使用了一系列无限复制的Caco-2人肠细胞，但肠道芯片的更新迭代使用直接从患者直接服用的原发性肠细胞。“这项技术的未来的宏伟愿景是将不同的器官芯片链接到一个完全个性化的芯片模型中，我们可以从患者中服用细胞和测试哪种药物最能保护所有的器官辐射，从核事件或较低剂量的偏离目标癌症治疗的剂量较高，“征收说。

“这项研究标志着我们更接近实现我们为每个主要器官系统创建临床相关筹码的重要提升，以帮助预测和预防疾病，重要的是，它符合更多人类相关模型的辐射毒性的长期需求可用于制定适当的对策疗法，这是食品和药物管理局提出的挑战（FDA）在资助我们的工作时，“Wyss创始总监Donald Ingber，MD，博士，博士，博士，博士，博士议员也是犹大民俗HMS和波士顿儿童医院的血管生物学学教授，以及哈佛约翰A.保尔森工程学院和应用科学学院的生物工程教授。

该研究的其他提交人包括Wyss Institute的Rachelle Prantil-Baun，Ph.D.，高级员工科学家;阿曼达江，血管生物学计划和波士顿儿童医院和HMS的手术部的研究员; Ratnakar Potla，Ph.D.，M.B.，M.B.，血管生物学计划和波士顿儿童医院和HMS的外科部门研究员; Tadanori Mammoto，M.D.，Ph.D.，波士顿儿童医院和HMS的手术中的讲师; Wyss Institute的高级研究科学家詹姆斯·韦弗，博士; Thomas Ferrante，Wyss Institute的成像核心技术员;奥斯汀德克萨斯大学助理教授Hyun Jung Kim;兼Joaquim Cabral，Ph.D.，Lisboa境内的生物医学工程教授。

这项研究得到了美国FDA，哈佛大学的生物学启发工程研究所和基本葡萄葡萄葡萄葡萄葡萄牙的FDA。

出版物：Sasan Jalili-Furoozinezhad等，“在人体肠道上造型的辐射损伤诱导的细胞死亡和对策药物反应”细胞死亡和疾病第9卷，物品编号：223（2018）DOI：10.1038 / S4141419-018-0304-8