《高效肠道屏障功能检测方案：安捷伦Cytation＋艾玮得器官芯片》

肠道作为人体消化系统的关键部分，其屏障功能宛如坚固防线，守护着机体健康，既阻止有害物质入侵，又维持肠道内环境稳定，这在药物研发、毒理学研究等诸多生物医药领域至关重要。但传统检测方法受技术瓶颈制约，在检测效率及模拟真实生理环境方面表现欠佳，难以满足科研快速推进的需求。

泽汇生物引入的安捷伦 Cytation 与艾玮得器官芯片强强联合，将成像技术与类器官模型结合，整合成像分析技术与高度模拟人体生理微环境的优势，为肠道屏障功能检测开辟出一条高效、精准的全新方案。

技术联用的优势：

模拟生理环境：器官芯片可在芯片上构建出包含肠道上皮细胞层、血管内皮细胞层等类似体内肠道组织的结构，并通过微通道内液体流动模拟肠道内物质运输，而微孔板成像能对芯片内细胞在这种模拟生理环境下的生长、形态变化及功能表达进行可视化监测。

多维度数据获取：微孔板成像技术中的荧光显微镜可观察细胞荧光强度变化反映分子表达水平或代谢活性，共聚焦显微镜能实现细胞三维重建，结合器官芯片模拟的复杂微环境，可从细胞形态、分子表达、空间分布等多维度获取细胞在 3D 培养条件下的数据。

设备与方法

设备

Agilent细胞成像多功能微孔板检测仪

  l 显微成像和微孔板检测的整合可同时提供细胞表型数据和定量数据，提高实验效率

l 集成化软件简单易用，分析模块不设限

l 图像采集、处理和数据分析轻松实现自动化流程

l 1.25 倍-100 倍物镜，结合 7 种成像模式，为用户提供更多选择

l 超过 20 种荧光通道选择，拼插式快捷更换，满足现在和未来应用

l 配置共聚焦成像和水镜可清晰观察3D细胞/类器官等较厚样本

l 环境控制包括温度和 CO₂/O₂ 控制与监测，无需放置培养箱

l 支持与自动化设备对接，实现更高通量的检测与成像分析

l 多种成像和检测模式可进行数据联合分析，适用于任何检测

艾玮得高通量无膜屏障芯片

   屏障芯片产品是一种创新性的可灌注 3D 培养芯片。它具备三通道独立以及液体控制技术等特点，凭借这些特性，实验人员能够灵活安排细胞 / 组织的空间分布与共培养，实现物质和信号的无障碍交互。在模型构建方面，这款芯片优势明显，可构建多种管状及复杂模型。并且，借助芯片自身的诸多优势，构建出的模型能更接近人体实际情况。借助固体边缘效应构建的无膜式屏障，该芯片不仅能对三通道中的细胞进行精准定位，还能更好地促进细胞间相互作用。此外，配合摇摆灌注仪使用时，该芯片还可达成连续动态培养，实现养分的充分交换，为细胞和组织的培养提供更适宜的环境，助力科研人员开展更深入的研究。

联用方法

（二）芯片构建与细胞接种

l 首先，在微流控芯片的细胞培养腔室中，利用微加工技术构建细胞外基质层。例如，将稀释后的样本细胞均匀地铺展在腔室内，使其形成类似于体内细胞外基质的三维结构。

l 将培养好的肠道上皮细胞以合适的密度接种到芯片的上皮细胞培养区域，同时可根据需要接种其他辅助细胞（如成纤维细胞等），构建完整的肠道屏障模型。接种后，将芯片放置在培养箱中，让细胞贴壁并开始生长。

l 在微孔板的孔中，接种与芯片上相同类型和状态的细胞，作为对照或用于初步筛选实验条件。

（三）成像与监测

l 利用微孔板成像技术，在细胞接种后的不同时间点，对微孔板中的细胞进行成像。通过观察细胞的形态、荧光标记物的表达等情况，初步评估细胞的生长状态和功能变化。例如，使用荧光标记的紧密连接蛋白抗体，观察细胞间紧密连接的形成情况，以评估肠道屏障的完整性。

l 由于芯片内细胞的 3D 结构更复杂，成像时可采用共聚焦成像等技术（C10），获取细胞在不同深度层面的信息，观察细胞在模拟肠道微环境下的动态变化，如细胞的迁移、分化以及屏障功能的改变等。

应用案例

01细胞培养：

使用人结肠腺癌细胞系 Caco-2 在器官芯片中制备肠道模型。器官芯片 的每个芯片由 9 个孔（3 x 3）组成，通过三个微流体通道（宽 400 µm，高 220 µm）连接。        

02屏障完整性检测：

在培养的第 6 天，向培养基通道 1 中加入含有荧光染料(FITC-Dextran 150 kDa，TRITC-Dextran 4.4 kDa)和凋亡诱导剂 Staurosporine(0 至 50 µM)的培养基，并立即使用 BioTek Cytation 1 细胞成像多功能微孔板检测系统对器官芯片进行成像。

Cytation 1 系统具有完善的环境控制，包括CO₂/O₂浓度控制和温度控制，将系统温度设置并维持在 37 ℃，在24小时内每小时捕获一次每个 OrganoPlate^® 芯片的荧光图像。

图 2. 使用安捷伦 BioTek Cytation 1 细胞成像多功能微孔板检测系统进行肠道屏障完整性测定

03结果与讨论

Caco-2 细胞在器官芯片中培养，并用 Staurosporine(0 至 50 µM，24 小时)处理，然后使用 Cytation 1 评估其屏障完整性。

图 3-4 数据观察到：未加细胞和 0 µM Staurosporine 条件作为对照，显示出预期的图像和接近 1 和 0 的泄漏分数。

图 3. Staurosporine 处理的 Caco-2 tubule 中 FITC - 葡聚糖（150 kDa）的渗透性

图 4. Staurosporine 处理的 Caco-2 tubule 中 TRITC-dextran（4.4 kDa）的渗透性

图 5 显示在 Staurosporine 处理的细胞中，观察到剂量和时间依赖性的屏障完整性丧失，表现为两种荧光染料从培养基向凝胶通道的渗透。通过计算泄露分数和表观渗透率（Papp），进一步量化了屏障功能的破坏程度。

图 5. 屏障完整性数据分析和表观渗透率

如果想要在器官芯片上进行更高分辨率的 3D 组织结构重构，推荐使用增加了转盘共聚焦系统的 Cytation 高级型号：Cytation C10 共聚焦微孔板成像检测系统。

图 6. 器官芯片的 3D 渲染。使用安捷伦 BioTek Cytation C10 共聚焦成像系统在 40 倍物镜下获取共聚焦荧光图像。以 1 µm的步进在多个 z 高度采集 3 x 3 图像拼接，跨越 150 微米的 Z 高度范围。细胞核用 Hoechst 33342 标记，细胞膜用 GFP 标记。3D 渲染使用安捷伦 BioTek Gen5 软件中的 3D 查看器工具生成。

引用文献：

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