發(fā)布日期：2018-05-21
Cell Death and Disease雜志發(fā)表了名為“使用’芯片消化系統(tǒng)’技術模擬放射損傷相關細胞死亡及保護性藥物療效探索”，我們就研究的結果和現實意義對該論文的作者進行了采訪。哈佛大學威斯研究所的Sasan Jalili-Firoozinezhad作為第一作者接受了我們的采訪。
你能簡要地介紹一下你們的研究結果嗎？
暴露在電離輻射下，無論是因為醫(yī)療治療需要還是意外，都可能發(fā)生以胃腸道表現為主要癥狀的急性放射綜合征。我們利用“芯片器官”技術建立了人體消化道模型，該模型包括人小腸絨毛上皮和血管內皮，兩者相互連接。我們對該模型進行輻射照射以造成輻射相關消化道損傷。照射劑量為8Gy，文獻提示該劑量的輻射可對人體消化道造成影響。我們發(fā)現上皮細胞和內皮細胞中多種細胞損傷的標志物水平都明顯升高。細胞損傷的表現包括凋亡（細胞死亡）增加、活性氧（ROS，也叫作氧自由基）水平增加、雙鏈DNA斷裂、膜脂降解、微絨毛結構消失。細胞間連接也發(fā)生破壞，腸上皮完整性破壞，保護腸壁不受細菌及毒素侵襲的功能也因此受損。
使用“芯片消化系統(tǒng)”輻射模型，我們證明在遭受輻射前使用二甲基草酰甘氨酸（DMOG）能夠顯著減少細胞凋亡，降低腸上皮通透性，減少腸上皮損傷。此外，上皮細胞和內皮細胞內活性氧產生和脂質降解也明顯減少，之前的實驗模型中并未觀察到這一結果。
輻射可造成絨毛高度變矮，微絨毛變短，形態(tài)趨于不規(guī)則；DMOG可對抗輻射對消化道的損傷作用。
你能夠簡單介紹一下“芯片消化系統(tǒng)”嗎？你們的研究中為何對這一模型進行了改進？
“芯片消化系統(tǒng)”是一個微流體培養(yǎng)裝置，核心是一片清晰的、柔軟的、透明的硅樹脂多聚體，大小和電腦芯片相似（見頂圖）。裝置還包括兩個以單張有孔膜隔開的平行通道，腸上皮細胞排列在膜的一側，血管內皮細胞排列在膜的另一側。兩個通道內都充滿了培養(yǎng)液，芯片兩側的側室定期抽吸以模擬腸道蠕動。培養(yǎng)約一周后，芯片就可可出現絨毛結構，并具備活體腸道的多種功能。
和以往的輻射模型不同，我們在芯片上加入了血管內皮細胞，因為最近的動物學實驗研究發(fā)現血管內皮細胞在輻射相關消化道損傷中發(fā)揮重要作用。我們的研究也證實了這一猜想：輻射處理后內皮細胞的反應明顯強于上皮細胞，主要表現為產生更多活性氧，脂質降解、DNA斷裂、細胞凋亡更加明顯。更有趣的是，當我們在沒有內皮細胞的“芯片消化系統(tǒng)”模型中重復實驗的時候，我們發(fā)現經過輻射處理的腸上皮細胞并未發(fā)生典型改變，這說明內皮細胞是輻射相關腸道功能異常的關鍵媒介。
你們的研究結果對于藥物研發(fā)人員、醫(yī)生、患者意味著什么？
未經DMOG處理和經過DMOG處理的模型中輻射誘導的細胞連接破壞、細胞內空泡形成、上皮細胞和內皮細胞與基底膜分離等。
右側氣泡：“芯片消化系統(tǒng)”可用于抗輻射藥物的研發(fā)和篩選。這些藥物可能可以拯救腫瘤患者、宇航員或者意外核事故受害者的生命。
人們可能因為意外遭受電離輻射（如核事故、宇宙航行中的宇宙射線等）或因醫(yī)學治療需要受到輻射（放療）。意外的接觸可能造成致癌性基因突變從而導致死亡，放療的劑量較低，但長期治療仍可產生副作用。因為輻射研究中不能使用健康人，目前抗輻射藥物的研究只能局限于動物實驗，因而無法在人群中推廣使用。在這種情況下，“芯片消化系統(tǒng)”輻射模型是研究輻射相關損傷機制潛在機制的有力工具。“芯片消化系統(tǒng)”可用于抗輻射藥物的研發(fā)和篩選。這些藥物可能可以拯救腫瘤患者、宇航員或者意外核事故受害者的生命。
基于你目前的研究結果，你能談談未來的研究方向嗎？或者更詳細地聊一聊“芯片人體”？
當動物和人遭到足以導致嚴重損傷劑量的全身輻射時，其死亡原因主要是輻射對腸道、肺、骨髓造成的多系統(tǒng)損傷。為此，我們將使用這些系統(tǒng)的“芯片器官”進行造模研究輻射損傷。此外，有證據表明，輻射對腸道造成的損傷能夠影響輻射對同一個體骨髓的損傷，這種影像與腸道菌群有關。因此我們研發(fā)了新的方法，在培養(yǎng)裝置上培養(yǎng)了復雜的微生物群以模擬腸道菌群，這樣我們就能夠研究腸道菌群在輻射相關損傷中的作用了。
右側氣泡：…我們將不同的“芯片器官”通過內皮細胞所在“血管通道”連接，從而制造了一個“芯片人體”…
我們將不同的“芯片器官”通過內皮細胞所在“血管通道”連接，從而制造了一個“芯片人體”。我們可以利用“芯片人體”研究輻射損傷情況下各器官之間的相互作用。為了建立個體化“芯片人體”，我們使用患者活檢標本中分離出的細胞建立了“芯片腸道”，其他研究團隊發(fā)現使用患者的誘導多能干細胞也能建立類似模型?，F在我們正在利用這些新的模型，再加上生物信息學技術和計算機輔助方法，尋找新的抗輻射藥物。
來源：科學網
