小肠是消化、药物和营养吸收、微生物菌群共生和粘膜免疫的主要器官，也是许多疾病，如细菌、病毒和寄生虫感染和炎症性肠病的主要场所。由于缺乏与人类相关的反应，传统动物模型不适合研究人类肠道感染及其致病因素和治疗策略。
肠道类器官球因其一定程度上模拟了肠道的主要结构特征而受到了大量关注。肠道类器官通常包含 Lgr5+肠道干细胞，表达了人体相似的生物标志物，以及可在体外无限繁殖的特点。然而，静态培养的肠道类器官球是与人体真是状况不符的，因为小肠不断的在蠕动，不断的有肠内分泌、脱落细胞等在腔内流动。此外，肠道类器官球外端细胞表面的不可控性使得使用肠道类器官球进行转运研究以及微生物共生，病毒的侵染都变得挑战巨大。综合而言，肠道类器官球缺乏组织-组织界面、机械力（液体流动和类似蠕动的运动）、免疫细胞和血管区，而这些都是正常肠道生理学和疾病研究的关键因素。因此，仍然需要开发更复杂和生理相关的肠道器官体外培养系统。
之前，我们已经利用 Emulate 器官芯片技术模仿人类肠道结构和功能，通过引入机械力和微生物，已经能构建出非常接近人体的肠道芯片。然而，彼时我们培养使用的是肠道细胞系，如 Caco-2 或 HT-29 细胞。这些细胞最初是从肿瘤样本中分离出来的，携带有多种基因突变，它们不适合用于研究基因组保真度很重要的研究场景。
在本研究中，我们着手开发原代人类小肠芯片（Intestine Chip），结合了两种最先进的组织工程技术：肠道类器官球和 Emulate 器官芯片技术。我们从肠道活检的健康组织分离上皮细胞。原生上皮细胞首先在体外被扩增为 3D 类器官球。待成功建立类器官球后，我们再将类器官球解离，种到 Emulate 器官芯片的上层通道培养，下层通道则培养肠道微血管内皮。我们发现，在肠道芯片中，上皮细胞形成绒毛状突起，其内衬为极化的上皮细胞，经历了与肠道器官类似的多线分化。这些极化上皮细胞将其顶端表面暴露于开放的腔体，并与内皮细胞交互。转录组分析表明，与静态培养的肠道类器官球相比，肠道芯片更接近于体内表达特征。由于流经肠道芯片腔体的液体可以被连续收集，对液体样本的连续分析可以用来量化营养物质的消化、粘液分泌和体外多天的肠道屏障功能的建立。因此，肠道芯片可用于正常肠道功能研究，包括代谢、营养、感染和药物药代动力学以及个性化医疗。
传统静态培养的肠道类器官球缺乏组织-组织界面、机械力（液体流动和类似蠕动的运动）、免疫细胞和血管区等关键因素。
本研究中，我们开发了原代人类小肠芯片，结合了两种最先进的组织工程技术：肠道类器官球和 Emulate 器官芯片技术。
肠道芯片可用于正常肠道功能研究，包括代谢、营养、感染和药物药代动力学以及个性化医疗。
器官芯片的开创性工作是由哈佛大学 WYSS 研究所的系主任 Donald E. Ingber 院士团队完成的，其在Science发表了器官芯片领域具有里程碑意义的第一个成功的模型：肺芯片。之后，Donald E. Ingber 院士作为共同创始人，成立了 Emulate 公司，将器官芯片技术商业化运行，与更广泛的生命科学界同仁分享这一精妙的器官芯片技术。自成立以来，我们致力于开发高度模拟人体生理特征的器官芯片技术和不同类型的创新应用，以全面了解疾病发生规律和帮助评估药物的真实反应，改善人类健康。目前，Emulate 提供经过验证的肝、肾、十二指肠、结肠、肺、脑等器官芯片解决方案的同时支持客户定制化的研究需求，是全球市场占有率领先的器官芯片品牌。全球系统装机量超过 400 台，已经被全球排名前 20 的药企全部合作引入，采用 Emulate 人体仿真系统发表的文章数已超过 100 篇，在同类产品中大幅领先。Emulate 相信，人类生物学和器官芯片技术的结合能够点燃人类健康的新时代。
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