科學家用「器官晶chip」解碼食物與大腦秘密

科學家用「器官晶 chip」解碼食物與大腦秘密

飲食如何影響大腦，一直以來是營養學領域中極具挑戰性的研究課題。近年來，荷蘭食品研究機構 NIZO 與屯特大學合作開發了一種名為「腸腦軸線晶 chip（Gut-Brain Axis on Chip）」的技術，以模擬人類腸道與大腦之間的關鍵溝通機制，提供一個新的、可量化的研發途徑。透過這種方法，科學家可以更精確地研究食品成分如何影響人類健康。

近年的研究顯示，飲食不僅影響身體代謝和腸道健康，還可能通過「腸腦軸線（gut–brain axis）」影響大腦的認知功能、情緒調節與老化過程。腸道與大腦之間存在雙向溝通網絡，涉及神經訊號、免疫反應以及代謝物傳遞等多種途徑。然而，特定食品成分如何通過這些途徑影響大腦相關生理反應仍難以在人體中直接驗證。

NIZO 與屯特大學啟動合作，開發出這種「腸腦軸線晶 chip」平台。該平台結合微流體器官晶 chip 工程技術以及人類幹細胞衍生的細胞模型，在體外模擬腸道和大腦之間的關鍵溝通機制。該系統整合了腸道模型與神經細胞模型，並聚焦於迷走神經相關的神經訊號傳遞，使研究人員能在受控環境中進行實驗，從而更好地瞭解食品成分、腸道反應與神經訊號之間的互動關係。

腸腦軸線是指腸道與中樞神經系統之間的雙向溝通網絡。腸道微生物在代謝過程中產生多種生物活性分子，如短鏈脂肪酸和膽酸衍生物等，這些分子通過神經、免疫或循環系統影響大腦相關反應。不同個體的腸道菌相與代謝特性差異，使相同食物對大腦的潛在影響呈現高度個體化。過去，科學家多依靠推論或動物試驗來研究這些作用路徑，缺乏能同時反映人類腸道與神經反應的實驗平台。

NIZO 與屯特大學開發的「腸腦軸線晶 chip」利用了誘導型多能幹細胞分化出的人類腸道和神經細胞模型。透過微流體系統，研究人員可以在晶 chip 尺度下觀察腸道反應和神經訊號變化。這個平台有助於分析與神經發育、神經發炎以及認知相關的分子和細胞標誌物，並結合 mRNA 表現分析和蛋白質定量，評估特定食品成分在腸道代謝後可能對大腦產生的影響。

相比傳統的體外二維細胞模型或動物試驗，這種「腸腦軸線晶 chip」以人類細胞為基礎，能更貼近人類生理反應。此外，相較於臨床試驗，它的成本更低、變異可控，且能在早期研究階段進行多條件平行測試。這些優點使得食品產業能夠在投入長期和高成本的人體研究之前，先行篩選具有潛力的功能性成分，縮短研發週期並提高研究效率。

NIZO 指出，未來若能進一步整合其他器官模型，如肝臟、腎臟或血腦障壁等，將有機會朝向更完整的多器官晶 chip 系統發展。不過，這類「human-on-chip」與個人化營養應用仍屬長期研究方向，目前「腸腦軸線晶 chip」的角色主要是在於探索食物、腸道和神經之間的互動機制。

整體而言，NIZO 與屯特大學的「腸腦軸線晶 chip」為食品與健康研究提供了新方法學工具。在功能性食品、腸道健康與認知營養逐漸受到重視的背景下，這種技術有助於科學家更好地理解食物成分可能透過「腸腦軸線」影響大腦的潛在機制，並為未來更精準的營養科學奠定了基礎。

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