未来已来：器官芯片技术重塑食物过敏研究与治疗新篇章

【CMT&CHTV 文献精粹】

导语：本综述着重讨论了如何利用器官芯片（OoC）技术来模拟和预测食物过敏原的致敏性，不仅为我们理解食物过敏提供了新的科学视角，而且对开发个性化治疗方案和新药物具有重要的启示作用。

研究背景

近年来，食物过敏已成为全球性的公共卫生问题，其患病率在儿童中高达10%，在成年人中患病率也呈现出上升趋势。食物过敏主要由IgE介导的免疫反应引起，临床表现为局部或全身性症状，甚至可能发展为危及生命的过敏反应。然而，目前对于食物过敏的治疗手段有限，主要依赖于避免接触过敏原和紧急情况下的肾上腺素注射。传统的2D细胞培养模型在预测食物过敏原的致敏能力方面存在不足，无法模拟体内复杂的3D环境和肠道、皮肤及免疫系统之间的相互作用。2024年1月，Trends in Biotechnology杂志发表了一篇题为”Food Allergen Sensitization on a Chip: the Gut–Immune–Skin Axis”的综述，旨在探讨如何利用器官芯片（OoC）技术来模拟和预测食物过敏原的致敏性，填补了现有研究的空白，并为理解食物过敏的机制和临床前测试提供了新视角。

OoC平台概述

新开发的肠道OoC和皮肤OoC平台介绍见图1。

注：免疫功能完整的肠道OoC（A～F）和免疫功能完整的皮肤OoC（G～K）平台于2019—2023年被开发。(A)3-Lane OrganoPlate，包含人类肠道类器官和单核细胞衍生的巨噬细胞；(B)S-1 Chips与共培养的人类肠道类器官、人类大肠微血管内皮细胞（HIMECs）及外周血单核细胞（PBMCs）；(C)MOTiF生物芯片与共培养的Caco-2细胞、人类脐静脉内皮细胞（HUVECs）、PBMCs及原代巨噬细胞；(D)聚二甲基硅氧烷（PDMS）设备，包含共培养的结肠癌（Caco-2）细胞、人类白人结肠腺癌（HT-29）细胞、HUVECs及PBMCs；(E)PDMS设备，包含共培养的Caco-2细胞、HUVECs及U-937细胞；(F)PDMS设备，包含共培养的Caco-2细胞、HUVECs及原代人类巨噬细胞；(G)HUMIMIC Chip3plus与共培养的人类原代角质形成细胞、人类原代成纤维细胞及人类和动物细胞培养-3朗格汉斯细胞（MUTZ-3-LC）；(H)PDMS设备，包含共培养的人类真皮成纤维细胞、HUVECs及M1和M2巨噬细胞（从新分离的单核细胞中分化）；(I)PDMS设备，包含共培养的人类真皮原代成纤维细胞、HaCaT或原代角质形成细胞、HUVECs和HL-60细胞；(J)PDMS设备，包含共培养的成人皮肤（HaCaT）细胞、HUVECs、人类T细胞及人类中性粒细胞；(K)胶原蛋白的有机玻璃设备，包含共培养的人类原代真皮成纤维细胞、人类原代表皮角质形成细胞、人类原代真皮微血管内皮细胞及中性粒细胞（从全血中分离）。

图1 肠道OoC和皮肤OoC平台介绍

主要结果

OoC技术在模拟食物过敏原致敏中的关键作用

综述指出，传统的2D细胞培养模型无法充分模拟体内食物过敏原的致敏过程，特别是在模拟肠道、皮肤和免疫系统之间的相互作用方面存在明显不足。OoC技术的发展为这一研究领域带来了新的希望。通过创建具有3D环境的OoC模型，研究者能够在体外条件下更准确地模拟食物过敏原与宿主免疫系统的相互作用。

多器官交互的复杂性与OoC模型的创新

Janssen等人强调，食物过敏原的致敏过程涉及多个器官交互作用，包括肠道、皮肤及淋巴结。OoC模型通过模拟这些器官的微环境，使得研究者能够在控制条件下研究食物过敏原的跨器官传递和免疫反应的启动。例如，通过在OoC模型中模拟肠道的蠕动和皮肤层的物理特性，研究者能够更深入地理解食物过敏原如何通过这些屏障，并激活免疫系统。

免疫细胞在OoC模型中的重要性

综述中特别提到了免疫细胞在食物过敏原致敏过程中的核心作用。通过在OoC模型中加入树突细胞、T细胞、B细胞、肥大细胞等不同类型的免疫细胞，研究者能够模拟食物过敏原如何被免疫系统识别，并触发过敏反应。这些细胞的相互作用和迁移模式在OoC模型中得到了详细的观察和分析。

OoC模型的临床前测试潜力

Janssen等人在综述中展示了OoC模型在临床前测试中的潜力。通过模拟个体对特定食物过敏原的反应，OoC模型能够为食物过敏的诊断和治疗提供个性化的策略。此外，OoC模型还可以用于评估新药物和治疗方法的安全性和有效性，加速食物过敏治疗手段的研发进程。

总结

Janssen等人的综述为我们提供了一个研究食物过敏原致敏机制的新视角，并通过OoC技术的应用展示了体外模拟的潜力。这些研究成果不仅加深了我们对食物过敏病理过程的理解，而且为未来的诊断、治疗和药物开发提供了新的方向。随着OoC技术的不断进步和创新，我们有理由相信，这一领域将迎来更多的突破和发现。

参考文献

JANSSEN R, DE KLEER J W M, HEMING B, et al. Food allergen sensitization on a chip: the gut-immune-skin axis[J]. Trends Biotechnol, 2024, 42(1): 119-134. DOI: 10.1016/j.tibtech.2023.07.005.

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编辑：石头

二审：且行

三审：清扬

排版：半夏