小肠内复杂的血流动力学

　　东京工业大学的科学家们已经开发出一种新型的微流体装置，揭示了小肠中多样化和动态的流动。他们的创新实验平台使用微观荧光珠作为解剖小肠部分肠道细菌的替代品，允许人们可视化和定量分析由气动致动器变形的组织中的腔内动态流动。

　　

   

   

通过充气和放气ABAs来变形SI切片，可以模拟绒毛周围的动态流动。同时，荧光微珠可以作为肠道细菌的有效替代品

科学已经充分认识到肠道细菌及其与胃肠道的相互作用对我们整体健康的重要作用。绒毛是排列在小肠(SI)内部的微小的手指状结构，已知与肠道细菌相互作用并引发保护性免疫反应。然而，尽管研究了这些相互作用的分子机制，但对绒毛周围液体流动的动力学知之甚少。

虽然计算机模拟有助于这些观察，但SI内流动的绝对复杂性，也称为“流道流”，使这些实验变得复杂。此外，SI的缠绕结构和不规则的横截面，以及肠道运动，在食物的运输，保留和混合中发挥作用，使事情变得更具挑战性。具有足够时空分辨率的腔流显微观测是一种可行的替代方法。然而，维持和控制解剖SI组织运动的困难阻碍了对腔内血流机制的系统评估。

为了改善这种情况，东京工业大学的一组科学家，由副教授Tadashi Ishida和博士生Satoru Kuriu领导，最近开发了一个创新的实验平台来研究绒毛周围管腔流动的细节。在他们于2023年5月22日发表在《Lab on a Chip》杂志上的研究中，科学家概述了一种微流体系统的设计和应用，该系统用于观察从动物模型中获得的解剖SI切片中微观荧光珠的运动。

所提出的微流体装置的关键特征之一是使用一组空气驱动的气球致动器(ABAs)，从外部压在SI切片的壁上。当使用外部泵有策略地充气和放气时，这些小型气动元件会使SI样品变形，从而在绒毛周围产生动态流动。

利用这种气动驱动的微流体肠道通道装置，科学家们进行了多次实验，并记录了荧光珠运动的多个视频，荧光珠作为组织中肠道细菌的替代品。石田博士解释说:“尽管我们使用的微珠在形状或某些蛋白质的存在方面与真正的肠道细菌不同，但我们相信它们是简单而良好的替代品，至少对于流动观察的目的而言。”“因此，我们提出的设备可以直接用于分析SI内部的物理流动。”

科学家们通过手工和专业软件的帮助，对单个珠子进行了跟踪，使他们能够对粒子的速度和轨迹进行详细的定量分析。

通过这种方法，研究小组能够识别绒毛周围各种类型的独特流动行为，并观察到产生这些行为的可能潜在机制。“我们的研究结果表明，在SI中观察到的运输、保留和混合的不同流动是由其不均匀的形状和动态变形产生的，”Ishida博士强调说。“对于未来的研究，我们的分析论证可以作为研究肠道细胞或紧密连接的某些独特亚群与肠道细菌之间关系的线索。”

综上所述，本研究结果有助于促进对人类消化道复杂流体动力学的理解。我们希望这一进展将为我们与永远重要的微观肠道搭便车者之间的关系铺平新的见解。

Development of a microfluidic device to observe dynamic flow around the villi generated by deformation of small intestinal tissue