溃疡性结肠炎 (UC) 是一种炎症性肠病 (IBD)，会导致消化道发炎和溃疡(疮)。溃疡性结肠炎影响大肠最内层，也称为结肠和直肠。爱尔兰至少有 40,000 人患有 IBD，全球有超过 500 万人患有 IBD。
在最近发表在《生物和医学计算机》杂志上的一篇新论文中，来自戈尔韦大学 CÚRAM 的研究人员和伯明翰大学的合作者提出了一种新颖的计算模型，模拟了不同粘液厚度的结肠中的剪切应力分布。
结肠是我们消化系统的重要组成部分，它依靠有节奏的收缩来排出废物。这些运动在结肠的粘液衬里表面产生机械力。这种粘液充当了一道保护屏障，将我们的身体内部与肠道中的数万亿微生物隔开。
研究团队的计算模型利用这些运动、粘液行为和组织特征的真实数据来模拟动态环境。他们的研究揭示了粘液层如何充当润滑剂，显著提高粪便速度并缓解废物通过结肠的移动。这种作用在溃疡性结肠炎中减弱，因为粘液层较薄，可能导致便秘。
该模型强调了粘液的保护功能，保护执行结肠过程的薄细胞层免受机械力的影响。
当由戈尔韦大学物理学院的 Yury Rochev 博士领导的研究小组调查细胞层的机械分布时，他们发现剪切应力在不同功能区有所不同，这表明它在调节细胞迁移、分化和免疫反应方面可能发挥着作用。然而，当这种保护受到损害时，例如在 UC 中，它可能会导致炎症和组织损伤。
Rochev 博士表示：“我们的模型表明，粘液起到润滑剂的作用，可显著提高粪便速度，并促进废物通过结肠。这种作用在溃疡性结肠炎 (UC) 中会减弱，因为粘液层变薄，可能导致便秘。”
该模型的启示远不止于此。它还强调了粘液的保护功能，即保护负责基本结肠过程的脆弱细胞免受排便产生的机械力的影响。
Rochev 博士补充道：“当我们研究细胞层的机械分布时，我们发现剪切应力在不同的功能区有所不同，这表明它在调节细胞迁移、分化和免疫反应方面可能发挥着作用。当这种保护受到损害时，就像溃疡性结肠炎一样，它可能会导致炎症和组织损伤。”
研究团队并非仅仅依赖计算机模拟。他们正在开发一种利用“器官芯片”技术的实验模型来验证他们的发现。
研究团队的研究员 Ibrahim Erbay 表示：“我们正在利用肠类器官来复制结肠表面的薄细胞层。通过利用器官芯片平台主动流动液体，我们可以模拟与结肠中类似的机械力。”
通过将计算模型与可靠的实验验证相结合，研究人员旨在全面了解机械力如何影响健康和疾病中的生物事件。这种整体方法有望提高我们对肠道健康的认识，并为炎症性肠病和其他消化系统疾病的新靶向疗法铺平道路。
研究员 Ibrahim Erbay 补充道：“这项研究不仅增强了我们对细胞水平上结肠基本功能的理解，还为开发新的治疗方法提供了强有力的工具。我们现在可以模拟各种药物输送系统并对其进行优化，从而有可能为肠道相关疾病提供更有效的治疗方法。”
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