本系统旨在模拟胃肠道消化过程,并与小肠类器官进行短期互动,适用于消化模拟和食品技术研究。采用甲基丙烯酸化淀粉作为基质胶,其官能团特性有助于淀粉凝胶的形成,增强了模拟的准确性。
背景技术
类器官技术可以在体外模拟人体器官的3D环境和生理功能,源自原代组织或人类干细胞。小肠类器官可以模拟小肠器官的生理环境和生理功能,胃肠是人体消化食物的主要场所,食物经过一系列消化过程到达小肠时,在小肠进一步消化成小分子物质,并经肠上皮细胞吸收进入血液,同时也会对肠屏障造成一定影响,但目前小肠类器官多用于疾病研究、药物测试等领域,缺少将小肠类器官与体外消化模拟装置进行整合的应用。
胃肠道动态消化装置可以模拟胃肠道内消化酶环境,而小肠类器官芯片可以模拟小肠器官的微观生理环境,二者整合,使胃肠道动态消化装置中的消化液与放置在内置槽中的小肠类器官充分接触,更加贴合人体内真实的胃肠道消化吸收过程。
当前的类器官培养以基质胶培养为主,但基质胶培养得到的类器官在形状、大小以及细胞组成等方面表现出极大的异质性,且基质胶脆弱,在液体流动中容易破损。。同时,体外互作后的类器官受损严重,多为单次使用,无法回收用于其他实验或检测;而类器官培养周期长、成本高,在实验过程中还会受到细胞状态的影响。
淀粉是一种资源丰富、成本低廉、安全无毒、可再生且可降解的天然聚合物,在温度升高时,可吸水膨胀,分子间氢键断裂,该过程称为淀粉的糊化。之后随着温度的降低,淀粉分子重新排列和凝聚并形成有序的结构,并构建起三维凝胶网格结构,该过程成为淀粉的回生。淀粉具有良好的生物相容性和生物可降解性,可在提供物理支持的同时,避免引起不良的免疫反应,并且能够被生物酶降解消化。
淀粉是制备水凝胶的优良前体,如果进行改性,在其中引入可形成交联网络的基团,则可以在具有良好生物相容性的前提下改良其机械性能;为使淀粉分子交联,可考虑引入光固化技术,该技术绿色且高效,可通过光固化剂使淀粉中的官能团形成三维交联网络。
因此,在使用类器官体外模拟肠胃道消化时,寻找一种能够使类器官重复利用且不影响使用类器官实验效果的方法,能够提高类器官的利用效率、减少实验成本,具有极高的实用价值与经济价值。
实现思路