一种基于细菌纤维素复合凝胶材料构建体外肠道模型的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于细菌纤维素复合凝胶材料构建体外肠道模型的方法。细菌纤维素、明胶和糖溶液经过共混，冷冻干燥得到复合凝胶，高温热处理，制备出具有高稳定特性的细菌纤维素复合凝胶；以细菌纤维素复合凝胶的薄片为肠道细胞的载体材料，经过体外培养，获得具有肠道组织相关生理功能的体外肠道模型。肠道细胞体外培养使用的载体材料绿色天然，无毒无害，可耐受长时间的体外细胞培养，制备工艺简单，经济环保。所构建的体外肠道模型在药物筛选、营养吸收评估、肠道菌群互作以及组织工程领域等方面具有广泛的应用。领域等方面具有广泛的应用。领域等方面具有广泛的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于细菌纤维素复合凝胶材料构建体外肠道模型的方法


[0001]本专利技术属于生物
，具体涉及一种基于细菌纤维素复合凝胶材料构建体外肠道模型的方法。

技术介绍

[0002]肠道在营养吸收、药物利用、与肠道菌群互作等方面发挥着至关重要的作用。体外肠道模型的构建可为医药学、食品营养学、生物学等领域的基础研究和应用研究提供便捷准确的体外分析途径。目前，主要采用的是基于Caco
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2等肠道癌细胞的2D体外肠道模型和基于原代肠道细胞的3D类器官体外肠道模型。前者操作简便，但癌细胞本质使该体外肠道模型的生物功能与正常肠道组织有较大差别；后者表达的生物性状与正常肠道组织接近，但封闭的囊形结构使得应用阶段的操作变得复杂。因此，开发新型的体外肠道模型，使之既为2D的体外肠道模型，具有便捷的可操作性，又具备正常肠道组织的分化特性，已成为一个亟需解决的现状。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于细菌纤维素复合凝胶材料构建体外肠道模型的方法，将细菌纤维素/明胶复合材料经过高温热处理，制备出具有高稳定特性的细菌纤维素/明胶复合凝胶，体外培养肠道细胞形成完整的肠道细胞层，获得具有正常肠道组织相关生理功能的体外肠道模型。
[0004]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]本专利技术一方面提供了一种基于细菌纤维素复合凝胶材料构建体外肠道模型的方法，其包括如下步骤：细菌纤维素、明胶和糖经过溶解、共混、冷冻干燥和热处理，制备出复合凝胶；以复合凝胶为载体材料，体外培养肠道细胞形成完整的肠道细胞层，获得具有肠道组织相关生理功能的体外肠道模型。
[0006]作为本专利技术的优选方案，所述的细菌纤维素、明胶和糖经过溶解、共混、冷冻干燥和热处理，制备出复合凝胶，具体为：细菌纤维素在水中分散均匀；将明胶加入到细菌纤维素分散均匀的水溶液中，充分溶解；最后，将糖加入到细菌纤维素和明胶的混合溶液中，充分溶解，得到复合凝胶的制备溶液；将制备溶液转移至容器中，低温冷冻；冷冻后的样品经过真空冷冻干燥，制备得到细菌纤维素的复合凝胶；冷冻干燥的复合凝胶在高温环境中处理，得到最终的复合凝胶。
[0007]优选的，细菌纤维素在水分散可以采用超声分散、均质分散、搅拌分散等辅助方法，冷冻温度可选择常规的
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20℃、
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80℃、
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196℃；高温环境中处理的温度为120～200℃，处理时间为0.5～4小时。
[0008]优选的，所述的糖为具有多羟基结构的水溶性糖类。更为优选的，所述的糖为单糖、二糖或多糖，单糖包括葡萄糖、果糖、半乳糖等中的一种或多种，二糖包括蔗糖、麦芽糖、乳糖等中的一种或多种，多糖包括可以水解后能生成多个单糖的淀粉、纤维素或低聚糖等。
所述的低聚糖包括葡聚糖、低聚果糖、魔芋寡糖、菊粉等。
[0009]作为本专利技术的优选方案，细菌纤维素、明胶和糖溶解在溶剂水中分散和共混，细菌纤维素在水溶液中的浓度为1g/L～20g/L，明胶在水溶液中的浓度为1g/L～20g/L，糖在水溶液中的浓度为0.1g/L～6g/L。
[0010]作为本专利技术的优选方案，所使用的细菌纤维素包括来自各种微生物合成的细菌纤维素，去可以为未改性的细菌纤维素，或经过物理法、化学法和/或生物法处理的改性细菌纤维素。
[0011]本专利技术方法制备的用于构建体外肠道模型的细菌纤维素复合凝胶材料有利于肠道细胞的生长和正常分化。该细菌纤维素复合凝胶材料具有与肠道细胞相应来源肠道组织相接近的机械性能，复合凝胶材料杨氏模量在0.1～6MPa的范围内。优选的，用于构建体外肠道模型的细菌纤维素复合凝胶材料的孔隙与所选肠道细胞来源一致的物种特定肠道部位隐窝尺寸保持一致，合凝胶材料的孔隙直径为50～120μm，深度为50～290μm。优选的，用于构建体外肠道模型的细菌纤维素复合凝胶材料在液体中具有长期稳定性，细胞培养阶段能稳定维持其整体的形貌结构。
[0012]作为本专利技术的优选方案，所述体外培养肠道细胞包括肠道癌细胞(如Caco
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2等)、肠道原代细胞(包括小肠部位和大肠部位的细胞)，体外培养肠道细胞在细菌纤维素/明胶复合凝胶材料上可快速生长和分化。
[0013]本专利技术还提供了上述方法构建的体外肠道模型在评估药物、营养成分和其他成分的吸收或生物利用度中的应用。
[0014]本专利技术还提供了上述方法构建的体外肠道模型在评估肠道菌群与肠道上皮互作中的应用。
[0015]本专利技术还提供了上述方法构建的体外肠道模型在评估肠道其他功能中的应用。
[0016]本专利技术还提供了上述方法构建的体外肠道模型在肠道组织工程中的应用。
[0017]本专利技术的有益效果在于：本专利技术公开了一种基于细菌纤维素复合凝胶材料构建体外肠道模型的方法，主要利用细菌纤维素复合凝胶材料作为肠道细胞的载体材料，基于细菌纤维素复合凝胶材料与肠道组织在机械性能和隐窝结构上的匹配性以及细菌纤维素复合凝胶材料的结构稳定性，促进肠道细胞在细菌纤维素复合凝胶材料上的正常生长和分化。本专利技术构建的体外肠道模型具有模仿正常肠道组织的能力，可广泛用于评估药物、营养成分和其他成分的吸收或生物利用度，也可用于肠道菌群的功能研究，还可用于组织工程等领域。
[0018]本专利技术构建的体外肠道模型的优点在于：
[0019]本专利技术涉及的细菌纤维素复合凝胶材料具有成本低廉、绿色天然、生物相容性好的特点，其结构和机械性能可模拟正常肠道组织，促进肠道细胞的正常生长和分化，真实模拟体内肠道上皮组织。
[0020]为了达到一定的机械性能和水溶液中的稳定性，现有技术采用交联剂来制备载体材料，然而交联剂一般具有细胞毒性，需要除去得很干净才能用于细胞的培养。本专利技术在复合凝胶材料的制备过程中避免了具有生物毒性的交联剂的使用，通过对制备方法的创新，使用的原料都是天然的，交联方式也无毒无害，得到的复合凝胶材料仍具有足够的机械强度和水溶液里的稳定性。
[0021]本专利技术载体材料构建的体外肠道模型为开放式的二维肠道模型，与真实肠道组织保持一致，便于模型在各个领域的应用。
[0022]说明书附图
[0023]图1为本专利技术构建的细菌纤维素复合凝胶材料在低倍数下的扫描电镜照片。
[0024]图2为本专利技术构建的细菌纤维素复合凝胶材料在高倍数下的扫描电镜照片。
[0025]图3为Caco
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2细胞在本专利技术构建的细菌纤维素复合凝胶材料上培养后的扫描电镜照片。
[0026]图4为Caco
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2细胞在本专利技术构建的细菌纤维素复合凝胶材料上培养后的激光共聚焦显微镜照片。
[0027]图5为十二指肠细胞在本专利技术构建的细菌纤维素复合凝胶材料上培养后的扫描电镜照片。
[0028]图6为十二指肠细胞在本专利技术构建的细菌纤维素复合凝胶材料上培养后的激光共聚焦显微镜照片。
[0029]图7为本专利技术构建的十二指肠体外模型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于细菌纤维素复合凝胶材料构建体外肠道模型的方法，其特征在于包括如下步骤：细菌纤维素、明胶和糖经过溶解、共混、冷冻干燥和热处理，制备出复合凝胶；以复合凝胶为载体材料，体外培养肠道细胞形成完整的肠道细胞层，获得具有肠道组织相关生理功能的体外肠道模型。2.根据权利要求1所述的基于细菌纤维素复合凝胶材料构建体外肠道模型的方法，其特征在于，所述的糖为具有多羟基结构的水溶性糖类。3.根据权利要求1所述的基于细菌纤维素复合凝胶材料构建体外肠道模型的方法，其特征在于，所述的糖为单糖、二糖或多糖，单糖包括葡萄糖、果糖、半乳糖中的一种或多种，二糖包括蔗糖、麦芽糖、乳糖中的一种或多种，多糖包括可以水解后能生成多个单糖的淀粉、纤维素或低聚糖。4.根据权利要求1所述的基于细菌纤维素复合凝胶材料构建体外肠道模型的方法，其特征在于细菌纤维素、明胶和糖溶解在水中共混，细菌纤维素在水溶液中的浓度为1g/L～20g/L，明胶在水溶液中的浓度为1g/L～20g/L，糖在水溶液中的浓度为0.1g/L～6g/L。5.根据权利要求1所述的基于细菌纤维素复合凝胶材料构建体外肠道模型的方法，其特征在于：所使用的细菌纤维素为未改性的细菌纤维素，或经过物理法、化学法和/或生物法处理的改性细菌纤维素。6.根据权利要求1所述的基于细菌纤维素复合凝胶材料构建体外肠道模型的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡梦欣，李岳，滕汇，徐枫，
申请(专利权)人：浙江工商大学，
类型：发明
国别省市：