必读：微生物-肠-脑轴与多器官芯片技术的融合路径

 

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北京基尔比生物——多器官串联芯片动态互作培养系统

一、核心概念

关键词：微生物-肠-脑轴（MGBA）、器官芯片（OoC）、多器官芯片（MOC）、药物评价

• MGBA（Microbiota-Gut-Brain Axis） 是指肠道微生物通过神经、免疫、内分泌和代谢通路，与大脑之间形成双向调控系统。
• 传统动物模型和体外细胞模型难以模拟人类复杂的跨器官相互作用，器官芯片（Organ-on-a-Chip, OoC） 技术应运而生。
• 将 MGBA 与 OoC 技术结合，构建多器官芯片系统（MOC），有望用于神经系统疾病的机制研究与药物筛选。【例如Kirkstall 类器官串联互作动态培养系统】。

二、技术路径与模型构建（初学者重点关注）

微生物-肠-脑轴与多器官芯片MGBA-MOC 系统的三大核心模块：

1. 肠芯片（Gut-on-a-Chip）

模拟小肠或大肠的屏障功能、微生物共生环境。

• 关键技术点：
• 动态流体剪切力与机械蠕动模拟
• 厌氧梯度控制（氧气浓度分层）
• 多菌种共培养与代谢物检测
• 应用：药物吸收、微生物-宿主互作、炎症模型等。

2. 血脑屏障芯片（BBB-on-a-Chip）

模拟脑血管内皮、周细胞、星形胶质细胞等结构。

• 关键技术点：
• TEER（跨内皮电阻）实时监测屏障完整性
• 细胞来源：原代细胞、iPSC 分化细胞
• 药物通透性测试（如抗体、纳米颗粒）
• 应用：神经药物筛选、脑部疾病模型（如阿尔茨海默、脑瘤）

3. 脑芯片（Brain-on-a-Chip）

模拟神经元、胶质细胞、突触连接等神经网络。

• 关键技术点：
• 3D 类脑器官（brain organoid）构建
• 多细胞共培养（神经元+胶质细胞+免疫细胞）
• 电生理信号监测与药物响应分析
• 应用：神经毒性测试、神经退行性疾病机制研究

三、多器官芯片级联技术（MOC）

将上述器官模块通过微流控通道连接，模拟体内器官间信号传递。

• 常见连接方式：
• 模块化连接（模块化芯片+微管）
• 一体式多器官芯片（集成于同一平台）
• 挑战：
• 流体控制精度
• 多细胞类型兼容性
• 长期稳定性与可重复性

四、MGBA-MOC 在药物评价中的应用

药物筛选：评估药物在肠道吸收、代谢、跨越血脑屏障、对神经元的影响。

机制研究：解析微生物代谢物如何通过肠-脑轴影响中枢神经系统。

个性化医疗：结合患者来源细胞与微生物，构建个体化模型。

五、未来发展方向（适合科研选题参考）

1. 模型优化：

• 多菌种微生物组共培养
• 多细胞类型整合（免疫、神经、内分泌）
• 长期动态监测（电信号、代谢物、TEER）

1. 技术融合：

• 与 AI、传感器、3D 打印等技术结合
• 实现自动化、高通量药物筛选

1. 临床转化：

• 建立标准化、可重复的 MGBA-MOC 平台
• 推动从实验室研究向临床前评价过渡

六、初学者建议关注的关键词与方向

关键词

技术方向

肠-脑轴

微生物组与神经疾病关联机制

器官芯片

微流控、3D 培养、细胞共培养

多器官级联

器官间信号传递、药物代谢路径

药物评价

通透性、毒性、代谢、药效

个性化模型

iPSC、患者来源细胞、微生物移植

七、总结（适合写课题背景或引言）

微生物-肠-脑轴与多器官芯片技术的融合路径，为神经系统疾病的机制研究与药物开发提供了新型体外模拟平台，是精准医学与替代动物实验的重要前沿方向。

Kirkstall Quasi Vivo®类器官串联芯片动态互作培养系统

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仪器设备的功能用途

又称为微流体“芯片上器官”系统，具有相互连接的细胞培养单元，为类器官生长提供更具生理相关性的体内微环境。

通过提供一种近生理的体外模型，模拟细胞微环境，具有更完整的结构和功能，解决动物与人类之间的种属差异，且可在体外模拟多种器官特异性疾病状态，反映药物在体内的动态变化规律和人体器官对药物刺激的真实响应，捕捉复杂的生理学反应，并满足高通量的要求。它是一个多室流动系统，为类器官培养提供了一个紧凑、易于使用的解决方案，包括3D、屏障，或多器官。在疾病模型，药物筛选和毒性测试，再生医学和组织工程，发育生物学研究，感染与免疫研究，个性化医学，癌症研究等领域被广泛应用。

兼容多种细胞来源，包括原代细胞、诱导多能干细胞（iPSC）、类器官和细胞系等，也可以引入健康细胞、患病细胞、肿瘤细胞。

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