益生菌在抵抗肠道功能紊乱中能起到一定作用,如抵抗肠道病原菌入侵、调节肠道免疫功能等,但在目前研究中,传统的体外研究模式难以实现肠道细胞与细菌长时间共培养以及益生菌与致病菌相互作用的动力学分析,益生菌的有效机制依然不清晰。基于微流控的肠芯片技术可以在体外模拟出人体肠道的生理结构、病理生理特性和营养吸收、物质运输等功能,是一种在体外研究肠道微生物与宿主互作的有力工具。本研究将微流控技术和细胞生物学相结合,旨在体外环境下建造一种肠道器官芯片,研究益生菌大肠杆菌Nissle 1917对沙门氏菌的防御作用,并进一步分析其防御机理。实验采用Caco-2细胞和可分泌黏液的HT-29细胞共培养体系搭建了三维绒毛结构肠芯片,建立了体外沙门氏菌侵染模型并评价不同时间、不同模式下益生菌对沙门氏菌感染的干预效果,结合蛋白质组学方法探讨益生菌作用机制。实验结果表明肠芯片上的三维绒毛具备肠道上皮屏障功能且支持肠道细菌的生长。沙门氏菌侵染实验结果显示侵染时间越长,肠道上皮细胞间紧密连接受到的破坏程度越大。通过研究预防、竞争、治疗三种作用模式下大肠杆菌Nissle1917对沙门氏菌生长的影响,发现在预防模式下大肠杆菌Nissle 1917能最有效减少沙门氏菌黏附、增殖,而治疗模式下的沙门氏菌增殖不受影响。同时针对大肠杆菌Nissle 1917对肠道上皮紧密连接的保护作用也进行了研究,结果显示大肠杆菌Nissle 1917能保护上皮细胞间紧密连接蛋白的完整结构,且预防组的保护效果明显强于竞争和治疗组。为了进一步揭示益生菌保护机制,对三种模式下肠芯片中肠道细胞的蛋白质组进行了分析,结果发现预防模式相比于竞争和治疗模式,细胞粘附和细胞骨架相关蛋白表达量明显上调。综上所述,本研究通过建立肠道器官芯片在体外对人体肠道进行结构和功能模拟,建立疾病模型,探析益生菌作用机制,有望为体外分析肠道微生物和肠道生理的关系提供一种有效策略。