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肠道微生物构成的菌群在人体中承担着诸多重要的生理功能,如将食物进一步分解,生成糖类、维生素、脂肪、微量元素等多种物质供宿主吸收。同时,肠道微生物也在人体免疫系统中扮演着重要角色,大量的菌体黏附在肠壁上,避免肠道接触有害物质。人体内肠道微生物的变化影响着宿主的健康。在探究其原因时,广泛采用的动物模型和体外二维培养技术具有一定的局限性,需要开发一款更好的3D模型来模拟肠道微环境并用来研究肠道中的微生物与人体健康的关系。本研究以微流控芯片技术为指导,构建了一个微生物-肠癌细胞共培养的模型用来模拟肠道微环境。实验选用丁酸梭菌(Clostridium butyricum MIYAIRI 588)和结肠癌细胞HCT116和Caco-2作为研究对象,主要进行了四个方面的研究:(1)对C.butyricum MIYAIRI 588进行活化,考察其对胃肠道环境的耐受性,并对代谢情况进行系统性分析。综合考察后发现C.butyricum MIYAIRI 588对胃肠道能够表现出良好的耐受性,因而具备良好的应用价值。同时本文对C.butyricum MIYAIRI 588代谢细胞培养基DMEM的情况进行了检测,C.butyricum MIYAIRI 588能够将葡萄糖等糖类发酵成多种短链脂肪酸,调节氨基酸的种类和数量,同时还能生成多种B族维生素。(2)本研究构建了肠道微环境的微流控芯片模型,对肠道结构进行了模拟并检测了装置的可靠性。通过实验测试,最终选择了 105个/mL浓度为细胞最适初始培养浓度,梭菌培养基灌注流速为5 μL/min。此后,将细胞和菌液陆续注射到芯片中进行共培养,结果表明在4 h内细胞的状态良好,证明该芯片能够用于肠道微环境的模拟。(3)在模拟肠道微环境的微流控芯片模型上进行了微生物与结肠癌细胞共培养实验。从细胞形态、活性、细胞周期和凋亡等方面对细胞进行考察,证明C.butyricum MIYAIRI 588与结肠癌细胞HCT116共培养后显著促进了癌细胞的凋亡,但是Caco-2细胞并未造成严重的损伤。(4)为了更深入的探究C.butyricum MIYAIRI 588带来的影响,本文考察了C.butyricum MIYAIRI 588的主要产物丁酸对细胞的影响。结果表明两种细胞的生命活动都受到了不同程度的干扰。从结果可以推测C.butyricum MIYAIRI 588代谢产生的短链脂肪酸丁酸在调控结肠癌细胞的生长过程中起了主要作用,同时也可能存在着其他代谢产物的辅助参与。