在肠道健康研究方面取得重大突破，新加坡国立大学（NUS）的科学家们开发了一种微型3D模型，该模型将人类肠道浓缩在一个比五分硬币一半还小的芯片上。这个创新平台被称为“芯片上的肠道”（Gut-Microbiome on a Chip, GMoC），它能够实时可视化肠道微生物与人类肠道之间的互动，为深入了解肠道健康和疾病预防铺平了道路。
GMoC系统提供了一个可扩展、可重复且高效的手段来研究肠道微生物的作用及其群落动态，这对于预防医疗和制药领域具有至关重要的意义。
新加坡国立大学健康创新与技术研究所（iHealthtech）主任、设计与工程学院生物医学工程系教授林哲德（Lim Chwee Teck）表示：“GMoC系统代表了我们研究肠道微生物群落对肠道健康和疾病影响能力的重大进步。”
他补充道：“通过建立一个能够培养肠道微生物群落的生理相关肠道模型，我们可以更深入地了解这些微生物在维持肠道健康和预防疾病中所起的作用及其复杂机制。”
人体肠道内寄居着数万亿个细菌、真菌和病毒，统称为肠道微生物组，它们对人体的整体健康至关重要。尽管研究人员已经发现了健康个体与患病个体之间肠道微生物组的差异，但这些微生物之间的复杂互动仍不甚明了。
现有的模型难以复制人体肠道的动态条件，这使得难以隔离肠道微生物如何影响健康和疾病的机制。GMoC平台克服了这些限制，提供了一个现实的体外微肠道模型，模拟了如食物移动和氧气水平等重要生物条件，模仿肠道黏膜结构和生理特征，并允许在动态条件下同时培养多样化的微生物群落进行实时研究。
GMoC系统复制了肠道上皮的3D结构，包括对于营养吸收至关重要的绒毛——微小的指状突起，同时允许微生物和肠细胞在模拟食物移动的动态条件下共存。
复制这些结构特征至关重要，因为肠道黏膜内的微生物种类的空间排列会影响其功能及其对肠道健康的影响。此外，GMoC平台支持黏蛋白的生产，这是肠道防御微生物入侵的关键组成部分，进一步增强了其生理相关性。
作为一款多功能研究工具，GMoC系统使科学家能够实时观察微生物互动和肠道微生物群落动态。通过研究细菌物种如何竞争营养和空间，研究人员可以探索这些互动如何防止有害细菌过度生长并破坏肠道平衡。
此外，GMoC系统的可扩展性质允许在单个芯片上进行多次测试，增强了其在药物筛选和基于微生物组的治疗干预方面的潜在应用。
目前，新加坡国立大学的研究团队正在努力增强GMoC平台的复杂性，以更好地复制人类肠道。未来的发展将包括整合机械线索、提高细胞复杂性，并在系统内建立氧气梯度。
在生物学方面，研究小组旨在调查微生物群落在各种刺激下的组装和互动方式，包括营养物质和抗生素。这项研究将有助于增进对肠道微生物组动态及其对人体健康影响的理解。
在商业化方面，正在努力降低制造成本和标准化生产，以将设备推向市场。GMoC芯片代表着一项关键进展，为研究人员提供了一个可扩展且生理相关的工具，以研究肠道微生物群的功能，确定新的治疗靶点，并开发调节肠道微生物组以改善健康结果的干预措施。
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