IF26.6/可蠕动的肠道类器官与肿瘤免疫治疗的交叉，建立"患者-芯片"BiomimX 研究范式

北京基尔比生物科技有限公司（以下简称“北京基尔比”）获得器官芯片制造商意大利BiomimX Srl授权，成为其在中国地区的战略合作伙伴，负责其全系列产品在中国市场的销售推广与技术服务工作。

【文末附免费参会培训通知】

（一）研究背景

1. 临床挑战：免疫检查点抑制剂（ICI）的疗效异质性

治疗现状：ICI（如抗PD-1、抗CTLA-4抗体）在黑色素瘤等癌症治疗中实现了前所未有的持久疗效，但患者反应呈现显著的异质性（heterogeneous）——部分患者原发耐药，部分获得性耐药。

未解难题：尽管临床应用已逾十年，如何预测个体患者疗效、优化联合用药方案仍是重大挑战。

2. 科学突破：肠道微生物组的调控作用

关键发现：近年研究表明，肠道微生物组是预测和驱动免疫治疗结局的核心肿瘤外在因素（tumour-extrinsic factor）。特定菌群组成与ICI疗效显著相关。

机制复杂性：肠道微生物组通过肠粘膜（物理屏障）与宿主免疫系统形成稳态互作。菌群失调可破坏上皮细胞连接、促进病原体易位、诱发慢性炎症，进而影响抗肿瘤免疫。

研究空白：临床上缺乏在免疫治疗期间进行肠道活检的指征，无法原位解析微生物-宿主互作的分子机制，也难以区分肠上皮细胞与微环境其他组分的作用。

3. 现有研究模型的不足

动物模型：小鼠与人存在解剖、功能、免疫及微生物学差异，且成本高、周期长、伦理受限，转化价值有限。

2D细胞培养：缺乏细胞异质性和结构复杂性，无法模拟生理屏障。

3D类器官：虽具细胞多样性，但存在结构倒置（顶端腔室封闭于内腔）、无法施加机械刺激（蠕动）、难以与微生物共培养等缺陷。

微流控机遇：微流控技术可克服上述限制，实现微型化、高分辨率检测和生理力学模拟，但亟需整合多种功能（多细胞共培养、ECM基质、机械刺激、菌群暴露）的集成平台。

（二）核心创新点

2.1. 全功能集成式肠道芯片（Gut-on-a-chip）的构建

生理结构还原：创新性地将血管通道（HMEC-1人微血管内皮细胞）与肠道通道（hiPSC来源类器官或Caco-2/HT-29MTX细胞）通过胶原基质（ECM-like gel）分隔，形成三维管状结构

机械仿生：通过专利驱动技术（deformation 10-15%, frequency 0.2Hz）模拟肠道蠕动，诱导形成3D绒毛样结构（villi-like structures）和极化上皮屏障，本文中的器官芯片由意大利制造商BiomimX Srl提供

BiomimX动态器官芯片系统，咨询：北京基尔比官网

双通道独立验证：证实上皮侧与血管侧具有独立且选择性的屏障功能（Papp分别为1.01×10⁻⁷和1.41×10⁻⁷ cm/s）

2.2. 临床样本直接整合的体外评估平台

患者来源微生物组：首次将黑色素瘤患者的粪便样本（响应者vs非响应者）直接整合到芯片中，建立"患者-芯片"（patient-on-chip）研究范式

多组学整合分析：结合转录组测序（RNA-seq）、宏基因组测序（metagenomics）和多重ELISA，实现微生物-宿主互作的实时定量检测

（三）关键科学发现

3.1. 预测免疫检查点抑制剂（ICI）疗效的生物标志物

非响应者（Non-responders, NR）特征：粪便微生物组富含脂多糖（LPS）合成相关基因，通过激活TLR-4信号通路，导致肠道上皮紧密连接蛋白（ZO-1、E-cadherin）和β-catenin显著降低，屏障功能破坏

响应者（Responders, R）特征：粪便中鞭毛蛋白（flagellin）相关基因丰度更高，通过TLR-5信号通路和IL-1β/IL-10信号维持肠道稳态，保护屏障完整性

3.2. 微生物组调控的分子机制

促炎vs稳态平衡：非响应者微生物组诱导强烈的促炎反应（TNF、IL-6、VEGF高表达），抑制细胞周期和应激缓冲能力；响应者则维持细胞增殖和氧化应激缓冲能力（Nrf2通路）

内皮激活效应：非响应者粪便不仅破坏上皮屏障，还激活血管内皮细胞（ICAM-1上调），促进T细胞黏附，提示系统性炎症状态

3.3. 治疗干预验证

菌群移植模拟：响应者粪便上清或纯化的鞭毛蛋白可逆转非响应者样本或纯LPS引起的屏障功能障碍，恢复ZO-1和E-cadherin表达

精准治疗靶点：证实TLR-5激动剂（flagellin）具有潜在治疗价值，可缓解LPS诱导的肠道炎症，为改善ICI疗效提供新策略

3.4. 替代动物模型的验证

人鼠保守性：该芯片的转录组响应（3,278个差异表达基因）与无菌小鼠vs无特定病原菌（SPF）小鼠的体内数据高度一致（χ² test, P=0.0001），证实其作为临床前替代模型的可靠性

（四）临床意义

基于BiomimX动态器官芯片系统"芯片上的精准医学"模式为肿瘤免疫治疗的疗效预测和副作用管理提供了新的技术路径。该研究建立了一个可标准化、可扩展的体外平台，能够：

4.1 预测黑色素瘤患者对ICI治疗的个体化反应

4.2 筛选和验证微生物组靶向治疗（如FMT、益生菌、LPS抑制剂）

4.3 解析免疫治疗相关肠炎（irAEs）的发生机制

本文中的BiomimX动态器官芯片系统，咨询：北京基尔比官网

（五）关键研究工具

原文作者开发一种全功能肠道芯片（gut-on-a-chip）：

5.1 整合血管化结构（内皮细胞）、3D上皮屏障和ECM基质

5.2 引入蠕动样机械刺激（peristalsis-like motion）

5.3 直接整合患者粪便微生物组（responsive vs non-responsive）

5.4 建立可预测ICI疗效、解析微生物-宿主互作机制的临床前替代模型

（六）本文中hiPSC来源肠道类器官分化流程

根据Methods部分的详细描述，原文采用人诱导多能干细胞（hiPSCs）定向分化的方法培养肠道类器官，具体流程如下：

6.1 细胞来源

hiPSC细胞系：KOLF2.1J（购自The Jackson Laboratory）

传代培养：使用E8培养基（含DMEM F12、抗坏血酸、胰岛素-转铁蛋白-硒、FGF2、肝素、TGFβ1），在Vitronectin XF包被的培养板上培养，每周传代一次（使用ReLeSR解离试剂），实验使用第8-16代细胞

6.2 定向分化步骤（时间轴）

第1-4天：定型内胚层（Definitive Endoderm）

第1天：添加3 μM CHIR99021 + 100 ng/ml Activin A，使用RPMI培养基（含GlutaMAX和青霉素-链霉素），每日换液

第2-4天：仅使用100 ng/ml Activin A，RPMI培养基含0.2% FBS，每日换液

第4-8天：后肠特化（Hindgut Specification）

添加3 μM CHIR99021 + 500 ng/ml FGF4，使用RPMI培养基（含B27无抗坏血酸、GlutaMAX、青霉素-链霉素），每日换液

第8-20天：肠道类器官扩增与成熟

转换为人肠道类器官（HIO）终培养基，每3天换液

6.3 类器官制备与接种（第20天）

Matrigel包埋培养（传统3D培养）

解离：使用Accutase在37°C消化7分钟，获得单细胞悬液

包埋：离心（350g，4分钟）后，用50 μl Matrigel重悬细胞，在24孔板中形成dome（圆顶状胶滴），室温聚合30分钟

培养：每孔加入1.5 ml HIO终培养基，每3天换液，每12天按1:6比例传代

6.4 BiomimX Srl芯片接种（Gut-on-chip）

当类器官达到理想大小和形态（12-14天）时，使用注射器尖端收集

用Tryple Express在37°C机械+酶解消化5分钟

离心后用含10 μM Y27632（Rock抑制剂）的HIO培养基重悬，以提高细胞存活率和贴壁效率

接种到芯片的肠道通道（预先包被200 μg/ml鼠尾胶原I + 1% Matrigel）

6.5 关键培养条件

基质支持：全程依赖Matrigel（肠类器官）或胶原/Matrigel混合包被（芯片）

关键生长因子：Activin A（内胚层诱导）、FGF4（后肠特化）、EGF（增殖维持）、CHIR99021（Wnt信号激活）、LDN193189（BMP抑制）

机械刺激：在BiomimX芯片中从第2天开始施加蠕动样机械刺激（形变10-15%，频率0.2 Hz），促进绒毛样结构形成

该方法可在14-20天内获得包含多种肠道细胞类型（吸收细胞、杯状细胞、内分泌细胞、潘氏细胞）的功能性极化上皮。

（七）免费参会培训通知

2026年4月9日15：30-16：30（北京时间），北京基尔比公司将携手类器官芯片BiomimX Srl意大利原厂技术专家/麻省理工学院博士，承办类器官与器官芯片技术应用实例分享会（心脏，骨，肠道，肺），敬请联系，免费参会！

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免费类器官芯片应用实例——线上培训会的邀请函

（1）有中文同传工作人员，现场翻译

（2）申请参会人员需要将“本篇公众号内容”转发微信朋友圈，才能报名，网络会议号，请联系北京基尔比生物公司获取：

附：

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