CN109321529A - 一种体外肠道模型的构建方法和应用 - Google Patents

一种体外肠道模型的构建方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种体外肠道模型的构建和应用，该模型主要基于静电纺纳米纤维膜的物理仿生结构，为Caco‑2细胞提供一种理想的黏附和生长微环境，缩短细胞培养周期，快速形成完整的Caco‑2单细胞层并促进Caco‑2细胞的分化，发挥对营养物质和药物分子等组分的吸收转运代谢的生理功能，用于快捷、准确评估营养物质和药物的吸收能力和生物利用度，也可用于评估肠道微生物定殖或相互作用。

Description

一种体外肠道模型的构建方法和应用
技术领域
本发明属于生物医药技术领域，具体涉及一种体外肠道模型的构建方法，还涉及利用构建的模型快捷、准确评估营养物质和药物的吸收能力和生物利用度。
背景技术
体外肠道吸收模型被广泛用于药物和营养物质吸收的评估，其吸收性数据被用于早期药物开发和营养物质开发的体外快速分析和筛选。近十余年来，国内外已普遍采用细胞模型作为药物和营养物质等成分的肠道吸收模型。其中Caco-2肠道细胞模型来源于人的结肠癌细胞，是著名的小肠吸收模型，已被发达国家的药物研究机构或开发公司广泛采用，是目前最为经典的一种体外肠道模型。作为一种附着依赖型细胞，Caco-2细胞最常见的培养模型是单层贴壁培养模型。Caco-2细胞一般培养在具有渗透性的多孔高分子膜上，并制作成插入式滤膜(permeable insert)的形式，如商业化的Transwell@、Millicell@等产品。其高分子膜材料通常使用半透明的聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)，或透明的聚酯(Polyester，PET)和聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，PTFE)等膜材料。在这类膜材料上，Caco-2肠道细胞至少需要培养21天，才能充分分化并表达出较为接近人体小肠上皮的功能。因此这种培养模型仍需投入大量的人力、物力与时间，同时也增加了细胞在培养过程中受到污染的危险，而且其实验通量仍不够高，导致其应用仍存在一定的限制。
针对传统的Caco-2细胞模型培养周期过长的问题，也有不少研究者开发了Caco-2细胞加速培养模型。比如，通过在培养基中添加生长因子，可在9天内形成完整的Caco-2细胞单层模型(马美湖，现代食品科技，2016,32，265-270)。黄民等人(中国发明专利，申请公布号CN102533927A)在Transwell板上加入鼠尾胶原铺板，并在板下腔加入基础培养基，前3天每天更换培养基，后3天加添加有MIOT的分化培养基，培养6天后，获得形成紧密单层的Caco-2细胞。这些研究仍然是基于传统的Caco-2细胞模型Transwell，在培养基中添加价格不菲的组分，或是对Transwell的滤膜进行胶原铺板修饰，来促进Caco-2细胞快速形成单层细胞结构。总的说来，目前使用和构建的Caco-2细胞培养模型仍需较长的培养周期；而相关缩短Caco-2细胞培养周期的探索中使用了昂贵的生长因子等，使整个基于Caco-2细胞的体外肠道吸收模型成本居高不下。
因此，急需一种培养周期短且成本低的Caco-2细胞体外肠道吸收模型构建方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种体外肠道模型的构建方法，以静电纺纤维膜为Caco-2细胞培养的载体材料，为Caco-2细胞提供理想的黏附、铺展和生长的仿生微环境，促进Caco-2细胞在静电纺纤维膜上快速贴壁生长，并形成完整细胞单层，分化出小肠上皮细胞的生物功能，从而具备模拟肠道吸收的功能，发挥对药物和营养物质等组分的吸收转运代谢的生理功能，用于快捷、准确评估营养物质和药物的吸收能力和生物利用度。
为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
本发明的目的之一在于提供一种体外肠道模型的构建方法，以静电纺纳米纤维膜为Caco-2细胞的载体材料，将Caco-2细胞接种到该材料表面，培养直至形成完整的Caco-2细胞层并分化出小肠绒毛，获得具备完善的生物活性和生理功能的体外肠道模型。
作为本发明优选的方案，将静电纺纳米纤维膜材料固定到上下腔室中间作为隔层材料，然后将Caco-2细胞接种到该材料表面培养3-4天形成完整的Caco-2细胞层，并获得具备完善生物活性和生理功能的体外肠道模型。
作为本发明优选的方案，所述静电纺纳米纤维膜的材料包括天然聚合物或合成聚合物及其衍生物中的一种或几种，天然聚合物或合成聚合物及其衍生物具体为纤维素及其衍生物类、胶原蛋白、大豆蛋白、玉米蛋白、壳聚糖、海藻酸、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺、聚乳酸和聚丙烯。更有选的，本发明采用静电纺丝所使用的纺丝溶液包括熔融型溶液和溶剂型溶液。
作为本发明优选的方案，所述静电纺纳米纤维膜中的纤维尺寸为10nm～1500nm。
作为本发明优选的方案，所述静电纺纳米纤维膜使用时可单独使用，也可复合到多孔材料表面，所述多孔材料包括有机和无机的多孔材料。
作为本发明优选的方案，所述多孔材料多孔膜、无纺布或金属网中的一种。
作为本发明优选的方案，所述Caco-2细胞体外肠道模型使用的培养基为含体积分数为10％胎牛血清，质量分数为1％非必须氨基酸，质量分数为1％青霉素和质量分数为1％链霉素的DMEM高糖培养基中，在37℃下体积分数为5％CO2的气氛中恒温培养。
本发明的目的之二在于提供由所述方法构建的Caco-2细胞体外肠道模型。
本发明的目的之三在于提供所述Caco-2细胞体外肠道模型在评估药物、营养物质吸收能力或生物利用度中的应用。
本发明的目的之四在于提供所述Caco-2细胞体外肠道模型在评估肠道微生物定殖或相互作用中的应用。
本发明的有益效果在于：本发明公开了一种体外肠道模型的构建方法，本发明主要利用静电纺纳米纤维膜作为Caco-2细胞的载体材料，基于静电纺纳米纤维膜与天然细胞外基质相似的三维结构，实现对天然细胞外基质结构的仿生模拟，大幅提升Caco-2细胞在载体材料表面黏附和生长的性能。本发明所构建的可以广泛用于营养物质和药物组分的吸收和转运分析，快捷、准确地评估营养物质和药物的吸收能力和生物利用度，也可用于评估肠道微生物定殖或相互作用。该模型具有理想的稳定性和可重复性，为食品和医药等领域提供了一种快捷方便可靠的工具。
本发明同现有商品化的Transwell模型相比，具有如下优点：
本发明构建的体外肠道模型具有快速形成细胞单层的能力，3-4天即可形成完整的细胞单层。
本发明构建的体外肠道模型中Caco-2细胞单层形成微绒毛的速度更快，在形成细胞单层的同时在表面分化出大量小肠微绒毛。
本发明构建的体外肠道模型中细胞分化速度快，该模型内的刷状缘膜酶表达水平更高，弥补了Caco-2细胞代谢酶表达较低的缺点。
本发明构建的体外肠道模型中的静电纺纳米纤维膜为Caco-2细胞提供了理想的黏附和生长微环境。
本发明构建的体外肠道模型3-4天即可用于营养物质和药物组分的吸收转运分析。
说明书附图
图1为本发明构建的体外肠道静态模型结构示意图(1为外容器，2为外容器溶液，3为内容器，4为内容器溶液，5为静电纺丝纳米纤维膜材料，6为Caco-2细胞单层)。
图2为本发明构建的体外肠道动态模型结构示意图(1为上腔室，2为下腔室，3为静电纺丝纳米纤维膜复合材料，4为Caco-2细胞单层，5为上盖，6为上腔室溶液进口，7为上腔室溶液出口，8为下盖，9为下腔室溶液进口，10为下腔室溶液出口)。
图3为静电喷纳米纤维膜培养结果(a：本发明使用的静电喷纳米纤维膜；b：表面形成Caco-2细胞单层的静电喷纳米纤维膜；c：Caco-2细胞分化的小肠绒毛)。
图4为本发明构建的体外肠道模型与商用Transwell模型的跨膜电阻。
图5为本发明构建的体外肠道模型与商用Transwell模型的碱性磷酸酶表达实验。
图6为本发明构建的体外肠道模型与商用Transwell模型转运黄酮实验。
图7为本发明构建的体外肠道动态模型用于益生菌定殖的评估结果。
具体实施方式
下面将对本发明的优选实施例进行详细的描述，但又不限于下述的实施例。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
本发明的静电纺纳米纤维复合膜是以纤维素及其衍生物类、胶原蛋白、大豆蛋白、玉米蛋白、壳聚糖、海藻酸、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚酯、聚酰胺、聚乳酸、聚丙烯等天然聚合物或合成聚合物及其衍生物为原料，使用熔融型溶液和溶剂型溶液为纺丝溶液制成纤维尺寸为10-1500nm的静电纺纳米纤维复合膜。
实施例1、以静电纺醋酸纤维素纳米纤维膜作为Caco-2细胞载体材料构建体外肠道静态模型
体外肠道静态模型如图1所示，包括外容器1，内容器3，外容器内装外容器溶液2，内容器内装内容器溶液4，将纤维平均直径为180nm静电纺醋酸纤维素纳米纤维膜材料5固定到外容器1和内容器3形成的上下腔室中间作为上下腔室的隔层材料。Caco-2细胞使用的培养基为高糖培养基(DMEM)，其中加入10％胎牛血清，1％非必须氨基酸和1％双抗(青霉素和链霉素)。将0.1mL Caco-2细胞悬液以8×104cells/mL的密度接种到图1所示的静态模型上腔中，该静态模型的下腔中加入0.6mL培养基。在37℃下5％CO2的气氛中恒温培养。未形成完整细胞单层前每2天更换一次培养基，形成完整细胞单层后每天更换一次培养基。Caco-2细胞在静电纺醋酸纤维素纳米纤维膜表面黏附、铺展并生长。
培养3-4天后，采用扫描电镜和透射电镜观察静电纺醋酸纤维素纳米纤维膜材料表面的细胞形貌，结果如图3所示。扫描电镜显示，经过培养3-4天后，Caco-2细胞即可在静电纺醋酸纤维素纳米纤维膜表面形成的细胞层；透射电镜照片表明，静电纺醋酸纤维素纳米纤维膜表面的Caco-2细胞在形成完整的细胞层的同时，细胞快速分化出小肠绒毛。实验结果表明，静电纺醋酸纤维素纳米纤维膜是Caco-2细胞的理想载体材料。
培养后采用电阻率仪测定跨膜电阻值(TEER)，确定Caco-2细胞层的紧密性和完整性后，即可用于营养物质和药物组分的跨膜吸收和转运研究，结果如图4所示，结果显示静电纺醋酸纤维素纳米纤维膜是Caco-2细胞的理想载体材料，使用本发明的方法构建的体外肠道静态模型，与商用Transwell模型相比，形成完整细胞层的时间从12天缩短至4天。因此，本发明构建的体外肠道静态模型具有大幅缩短细胞培养周期、节约成本等显著优势。
实施例2、以静电纺壳聚糖/胶原蛋白纳米纤维膜作为Caco-2细胞载体材料构建体外肠道静态模型
体外肠道静态模型如图1所示，包括外容器1，内容器3，外容器内装外容器溶液2，内容器内装内容器溶液4，将纤维平均直径为700nm静电纺壳聚糖/胶原蛋白纳米纤维膜材料5固定到外容器1和内容器3形成的上下腔室中间作为上下腔室的隔层材料。Caco-2细胞使用的培养基为高糖培养基(DMEM)，其中加入10％胎牛血清，1％非必须氨基酸和1％双抗(青霉素和链霉素)。将0.1mL Caco-2细胞悬液以8×104cells/mL的密度接种到图1所示的静态模型上腔中，该静态模型的下腔中加入0.6mL培养基。在37℃下5％CO2的气氛中恒温培养。未形成完整细胞单层前每2天更换一次培养基，形成完整细胞单层后每天更换一次培养基。Caco-2细胞在静电纺壳聚糖/胶原蛋白纳米纤维膜表面黏附、铺展并生长。
培养3-4天后，采用扫描电镜和透射电镜观察静电纺壳聚糖/胶原蛋白纳米纤维膜材料表面的细胞形貌，结果与图3一致。扫描电镜显示，经过培养3-4天后，Caco-2细胞即可在静电纺壳聚糖/胶原蛋白纳米纤维膜表面形成的细胞层；透射电镜照片表明，静电纺壳聚糖/胶原蛋白纳米纤维膜表面的Caco-2细胞在形成完整的细胞层的同时，细胞快速分化出小肠绒毛。实验结果表明，静电纺壳聚糖/胶原蛋白纳米纤维膜是Caco-2细胞的理想载体材料。
培养后采用电阻率仪测定跨膜电阻值(TEER)，确定Caco-2细胞层的紧密性和完整性后，即可用于营养物质和药物组分的跨膜吸收和转运研究，结果如图4所示，结果显示壳聚糖/胶原蛋白纳米纤维膜是Caco-2细胞的理想载体材料，使用本发明的方法构建的体外肠道静态模型，与商用Transwell模型相比，形成完整细胞层的时间从12天缩短至3天。因此，本发明构建的体外肠道静态模型具有大幅缩短细胞培养周期、节约成本等显著优势。
实施例3、以静电纺聚乳酸/玉米蛋白纳米纤维膜作为Caco-2细胞载体材料构建体外肠道静态模型
体外肠道静态模型如图1所示，包括外容器1，内容器3，外容器内装外容器溶液2，内容器内装内容器溶液4，将纤维平均直径为1200nm静电纺聚乳酸/玉米蛋白纳米纤维膜材料5固定到外容器1和内容器3形成的上下腔室中间作为上下腔室的隔层材料。Caco-2细胞使用的培养基为高糖培养基(DMEM)，其中加入10％胎牛血清，1％非必须氨基酸和1％双抗(青霉素和链霉素)。将0.1mL Caco-2细胞悬液以8×104cells/mL的密度接种到图1所示的静态模型上腔中，该静态模型的下腔中加入0.6mL培养基。在37℃下5％CO2的气氛中恒温培养。未形成完整细胞单层前每2天更换一次培养基，形成完整细胞单层后每天更换一次培养基。Caco-2细胞在静电纺聚乳酸/玉米蛋白纳米纤维膜表面黏附、铺展并生长。
培养3-4天后，采用扫描电镜和透射电镜观察静电纺聚乳酸/玉米蛋白纳米纤维膜材料表面的细胞形貌，结果与图3一致。扫描电镜显示，经过培养3-4天后，Caco-2细胞即可在静电纺聚乳酸/玉米蛋白纳米纤维膜表面形成的细胞层；透射电镜照片表明，静电纺聚乳酸/玉米蛋白纳米纤维膜表面的Caco-2细胞在形成完整的细胞层的同时，细胞快速分化出小肠绒毛。实验结果表明，静电纺聚乳酸/玉米蛋白纳米纤维膜是Caco-2细胞的理想载体材料。
培养后采用电阻率仪测定跨膜电阻值(TEER)，确定Caco-2细胞层的紧密性和完整性后，即可用于营养物质和药物组分的跨膜吸收和转运研究，结果如图4所示，结果显示聚乳酸/玉米蛋白纳米纤维膜是Caco-2细胞的理想载体材料，使用本发明的方法构建的体外肠道静态模型，与商用Transwell模型相比，形成完整细胞层的时间从12天缩短至4天。因此，本发明构建的体外肠道静态模型具有大幅缩短细胞培养周期、节约成本等显著优势。
实施例4、以静电纺聚酰胺/大豆蛋白纳米纤维膜作为Caco-2细胞载体材料构建体外肠道动态模型
体外肠道动态模型如图2所示，包括上腔室1，下腔室2，上盖5和下盖8，上腔室1与下腔室2之间固定静电纺丝纳米纤维膜3，上腔室1上还设置有上腔室溶液进口6和上腔室溶液出口7，下腔室2上还设置有下腔室溶液进口9和下腔室溶液出口10，静电纺丝纳米纤维膜膜上生长的Caco-2细胞单层4。将纤维平均直径为350nm静电纺聚酰胺/大豆蛋白纳米纤维膜材料3固定到上腔室1和上腔室2之间作为上下腔室的隔层材料。Caco-2细胞使用的培养基为高糖培养基(DMEM)，其中加入10％胎牛血清，1％非必须氨基酸和1％双抗(青霉素和链霉素)。将0.1mL Caco-2细胞悬液以8×104cells/mL的密度接种到图2所示的动态模型上腔中，该动态模型的下腔中加入0.6mL培养基，在37℃下5％CO2的气氛中恒温培养。未形成完整细胞单层前每2天更换一次上下腔室的培养基，形成完整细胞单层后每天更换一次上下腔室的培养基。Caco-2细胞在静电纺聚酰胺/大豆蛋白纳米纤维膜表面黏附、铺展并生长。
培养3-4天后，采用扫描电镜和透射电镜观察静电纺聚酰胺/大豆蛋白纳米纤维膜材料表面的细胞形貌，结果与图3一致。扫描电镜显示，经过培养3-4天后，Caco-2细胞即可在静电纺聚酰胺/大豆蛋白纳米纤维膜表面形成的细胞层；透射电镜照片表明，静电纺聚酰胺/大豆蛋白纳米纤维膜表面的Caco-2细胞在形成完整的细胞层的同时，细胞快速分化出小肠绒毛。实验结果表明，静电纺聚酰胺/大豆蛋白纳米纤维膜是Caco-2细胞的理想载体材料。
培养后采用电阻率仪测定跨膜电阻值(TEER)，确定Caco-2细胞层的紧密性和完整性后，即可用于营养物质和药物组分的跨膜吸收和转运研究，结果与图4一致，结果显示聚酰胺/大豆蛋白纳米纤维膜是Caco-2细胞的理想载体材料。此外，该模型中所形成的Caco-2细胞单层比商用Transwell中形成的Caco-2细胞单层具有更高的碱性磷酸酶表达水平，其结果如图5所示，说明本发明所构建的体外肠道模型可弥补Caco-2细胞碱性磷酸酶表达不足的缺陷。同时，使用本发明的方法构建的体外肠道动态模型，与商用Transwell模型相比，形成完整细胞层的时间从12天缩短至4天。因此，本发明构建的体外肠道动态模型具有大幅缩短细胞培养周期、节约成本等显著优势。
实施例5、以静电纺聚乳酸/胶原蛋白纳米纤维膜作为Caco-2细胞载体材料构建体外肠道动态模型
体外肠道动态模型如图2所示，包括上腔室1，下腔室2，上盖5和下盖8，上腔室1与下腔室2之间固定静电纺丝纳米纤维膜3，上腔室1上还设置有上腔室溶液进口6和上腔室溶液出口7，下腔室2上还设置有下腔室溶液进口9和下腔室溶液出口10，静电纺丝纳米纤维膜膜上生长的Caco-2细胞单层4。将纤维平均直径为800nm静电纺聚乳酸/胶原蛋白纳米纤维膜材料3固定到上腔室1和上腔室2之间作为上下腔室的隔层材料。Caco-2细胞使用的培养基为高糖培养基(DMEM)，其中加入10％胎牛血清，1％非必须氨基酸和1％双抗(青霉素和链霉素)。将0.1mL Caco-2细胞悬液以8×104cells/mL的密度接种到图2所示的动态模型上腔中，该动态模型的下腔中加入0.6mL培养基，在37℃下5％CO2的气氛中恒温培养。未形成完整细胞单层前每2天更换一次培养基，形成完整细胞单层后每天更换一次培养基。Caco-2细胞在静电纺聚乳酸/胶原蛋白纳米纤维膜表面黏附、铺展并生长。
培养3-4天后，采用扫描电镜和透射电镜观察静电纺聚乳酸/胶原蛋白纳米纤维膜材料表面的细胞形貌，结果与图3一致。扫描电镜显示，经过培养3-4天后，Caco-2细胞即可在静电纺聚乳酸/胶原蛋白纳米纤维膜表面形成的细胞层；透射电镜照片表明，静电纺聚乳酸/胶原蛋白纳米纤维膜表面的Caco-2细胞在形成完整的细胞层的同时，细胞快速分化出小肠绒毛。实验结果表明，静电纺聚乳酸/胶原蛋白纳米纤维膜是Caco-2细胞的理想载体材料。
培养后采用电阻率仪测定跨膜电阻值(TEER)，确定Caco-2细胞层的紧密性和完整性后，即可用于营养物质和药物组分的跨膜吸收和转运研究，结果与图4一致，结果显示聚乳酸/胶原蛋白纳米纤维膜是Caco-2细胞的理想载体材料。此外，该模型中所形成的Caco-2细胞单层比商用Transwell中形成的Caco-2细胞单层具有更高的碱性磷酸酶表达水平，其结果与图5一致，说明本发明所构建的体外肠道模型可弥补Caco-2细胞碱性磷酸酶表达不足的缺陷。同时，使用本发明的方法构建的体外肠道动态模型，与商用Transwell模型相比，形成完整细胞层的时间从12天缩短至3天。因此，本发明构建的体外肠道动态模型具有大幅缩短细胞培养周期、节约成本等显著优势。
实施例6、以静电纺聚丙烯/海藻酸纳米纤维膜作为Caco-2细胞载体材料构建体外肠道动态模型
体外肠道动态模型如图2所示，包括上腔室1，下腔室2，上盖5和下盖8，上腔室1与下腔室2之间固定静电纺丝纳米纤维膜3，上腔室1上还设置有上腔室溶液进口6和上腔室溶液出口7，下腔室2上还设置有下腔室溶液进口9和下腔室溶液出口10，静电纺丝纳米纤维膜膜上生长的Caco-2细胞单层4。将纤维平均直径为1500nm静电纺聚丙烯/海藻酸纳米纤维膜材料3固定到上腔室1和上腔室2之间作为上下腔室的隔层材料。Caco-2细胞使用的培养基为高糖培养基(DMEM)，其中加入10％胎牛血清，1％非必须氨基酸和1％双抗(青霉素和链霉素)。将0.1mL Caco-2细胞悬液以8×104cells/mL的密度接种到图2所示的动态模型上腔中，该动态模型的下腔中加入0.6mL培养基，在37℃下5％CO2的气氛中恒温培养。未形成完整细胞单层前每2天更换一次培养基，形成完整细胞单层后每天更换一次培养基。Caco-2细胞在静电纺聚丙烯/海藻酸纳米纤维膜表面黏附、铺展并生长。
培养3-4天后，采用扫描电镜和透射电镜观察静电纺聚丙烯/海藻酸纳米纤维膜材料表面的细胞形貌，结果与图3一致。扫描电镜显示，经过培养3-4天后，Caco-2细胞即可在静电纺聚丙烯/海藻酸纳米纤维膜表面形成的细胞层；透射电镜照片表明，静电纺聚丙烯/海藻酸纳米纤维膜表面的Caco-2细胞在形成完整的细胞层的同时，细胞快速分化出小肠绒毛。实验结果表明，静电纺聚丙烯/海藻酸纳米纤维膜是Caco-2细胞的理想载体材料。
培养后采用电阻率仪测定跨膜电阻值(TEER)，确定Caco-2细胞层的紧密性和完整性后，即可用于营养物质和药物组分的跨膜吸收和转运研究，结果与图4一致，结果显示聚乳酸/胶原蛋白纳米纤维膜是Caco-2细胞的理想载体材料。此外，该模型中所形成的Caco-2细胞单层比商用Transwell中形成的Caco-2细胞单层具有更高的酶的表达水平，其结果与图5一致，说明本发明所构建的体外肠道模型可弥补Caco-2细胞酶表达不足的缺陷。同时，使用本发明的方法构建的体外肠道动态模型，与商用Transwell模型相比，形成完整细胞层的时间从12天缩短至4天。因此，本发明构建的体外肠道动态模型具有大幅缩短细胞培养周期、节约成本等显著优势。
实施例7、体外肠道静态模型用于黄酮的吸收评估
按照前述方法以静电纺醋酸纤维素纳米纤维膜作为Caco-2细胞载体材料构建的体外肠道静态模型用于黄酮的吸收评估。该模型上腔室1中加入100μL含有黄酮的Hank’s平衡盐溶液，下腔室2通过不含黄酮的Hank’s平衡盐溶液。该模型在37℃下恒温。经过预定时间后，将该模型中上腔室和下腔室中的溶液分别取出作为样品，采用HPLC检测原溶液和吸收后上下腔室溶液中的黄酮浓度。实验结果如图6所示，该模型与商用Transwell模型测得的表观渗透系数和吸收比率基本一致，说明本发明4天培养周期的体外肠道动态模型可用于替代21天培养周期的Transwell模型具有现实可行性。
实施例8、体外肠道静态模型用于洛汀新的吸收评估
按照前述方法以静电纺聚乳酸/胶原蛋白纳米纤维膜作为Caco-2细胞载体材料构建的体外肠道静态模型用于洛汀新的吸收评估。该模型上腔室1中加入100μL含有洛汀新的Hank’s平衡盐溶液，下腔室2通过不含洛汀新的Hank’s平衡盐溶液。该模型在37℃下恒温。经过预定时间后，将该模型中上腔室和下腔室中的溶液分别取出作为样品，采用HPLC检测原溶液和吸收后上下腔室溶液中的洛汀新浓度。实验结果与图6一致，该模型与商用Transwell模型测得的表观渗透系数和吸收比率基本一致，说明本发明3天培养周期的体外肠道动态模型可用于替代21天培养周期的Transwell模型具有现实可行性。
实施例9、体外肠道动态模型用于脂肪酸的吸收评估
按照前述方法以静电纺聚乳酸/玉米蛋白纳米纤维膜材料构建的体外肠道动态模型用于脂肪酸的吸收评估。该模型上腔室1中加入含有脂肪酸的Hank’s平衡盐溶液，下腔室2中加入不含脂肪酸的Hank’s平衡盐溶液，上腔室溶液保持不变，下腔室溶液以一定流速通过，该模型在37℃下培养。经过预定时间的培养后，将该模型中上腔室和下腔室的溶液取出作为样品，同时收集该模型的细胞，采用HPLC检测原溶液和吸收后上下腔室溶液中的脂肪酸浓度，并检测细胞破碎后溶液中的脂肪酸浓度。实验结果与图6一致，该模型与商用Transwell模型测得的表观渗透系数和吸收比率基本一致，说明本发明3天培养周期的体外肠道动态模型可用于替代21天培养周期的Transwell模型具有现实可行性。
实施例10、体外肠道动态模型用于益生菌定殖的评估
按照前述方法以静电纺聚酰胺/玉米蛋白纳米纤维膜材料构建的体外肠道动态模型用于益生菌定殖的评估。该模型上腔室1中分别加入含有益生菌(干酪乳杆菌、德氏乳杆菌、双歧杆菌和植物乳杆菌)的Hank’s平衡盐溶液，下腔室2中加入不含益生菌的Hank’s平衡盐溶液，上腔室溶液和下腔室溶液分别以一定流速通过，该模型在37℃下培养。经过预定时间的培养后，将该模型中上腔室和下腔室的溶液取出作为样品，同时将模型中静电纺纳米纤维膜复合的细胞层整体移出。检测上下腔室溶液中的微生物数量，并采用扫描电镜和激光共聚焦显微镜等对细胞层上面定殖的微生物进行分析，用于评估益生菌的定殖效果，结果如图7所示。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种体外肠道模型的构建方法，其特征在于：以静电纺纳米纤维膜为Caco-2细胞的载体材料，将Caco-2细胞接种到该材料表面，培养直至形成完整的Caco-2细胞层并分化出小肠绒毛，获得具备完善的生物活性和生理功能的体外肠道模型。
2.根据权利要求1所述一种体外肠道模型的构建方法，其特征在于：将静电纺纳米纤维膜材料固定到上下腔室中间作为隔层材料，然后将Caco-2细胞接种到该材料表面培养3-4天形成完整的Caco-2细胞层，并获得具备完善生物活性和生理功能的体外肠道模型。
3.根据权利要求1所述一种体外肠道模型的构建方法，其特征在于：所述静电纺纳米纤维膜的材料包括天然聚合物或合成聚合物及其衍生物中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述一种体外肠道模型的构建方法，其特征在于：所述静电纺纳米纤维膜中的纤维尺寸为10nm～1500nm。
5.根据权利要求1所述一种体外肠道模型的构建方法，其特征在于：所述静电纺纳米纤维膜使用时可单独使用，也可复合到多孔材料表面，所述多孔材料包括有机和无机的多孔材料。
6.根据权利要求5所述一种体外肠道模型的构建方法，其特征在于：所述多孔材料多孔膜、无纺布或金属网中的一种。
7.根据权利要求1所述一种体外肠道模型的构建方法，其特征在于：所述Caco-2细胞体外肠道模型使用的培养基为含体积分数为10％胎牛血清，质量分数为1％非必须氨基酸，质量分数为1％青霉素和质量分数为1％链霉素的DMEM高糖培养基中，在37℃下体积分数为5％CO2的气氛中恒温培养。
8.由权利要求1～5任一项所述方法构建的Caco-2细胞体外肠道模型。
9.权利要求6所述Caco-2细胞体外肠道模型在评估药物、营养物质吸收能力或生物利用度中的应用。
10.权利要求6所述Caco-2细胞体外肠道模型在评估肠道微生物定殖或相互作用中的应用。
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