評估發炎性腸道疾病（Inflammatory Bowel Disease, IBD）的傳統臨床前試驗高度依賴囓齒類動物模型，但受限於物種差異，難以精準評估人源性標靶藥物；而傳統靜態 2D 細胞株與 3D 類器官，亦缺乏間質界面與機械拉伸應力，無法重現體內複雜的致病機制。 2026 年 5 月，哈佛大學 Wyss 研究所團隊在
《Nature Biomedical Engineering》國際期刊發表了一項新穎替代測試方法（New Approach Methodologies, NAMs）的全新成果。該研究成功建構「人源性發炎性腸道疾病晶片」（Human IBD-on-a-chip），在體外精準重現了疾病惡化的不良結果路徑（Adverse Outcome Pathway, AOP）。
腸道晶片平台應用於疾病研究、性別反應差異以及毒性評估 (AI彙整示意圖)
此IBD腸道器官晶片具備兩項核心技術特色：
1.多細胞異質重組介面
以PDMS多孔薄膜分隔上下通道，上通道置入源自克隆氏症（Crohn's Disease, CD）或潰瘍性結腸炎（Ulcerative Colitis, UC）患者的初代結腸上皮細胞，下通道則置入相對應的纖維母細胞，並能動態灌流周邊血單核細胞（Peripheral Blood Mononuclear Cells, PBMCs）以模擬免疫細胞巡航。
2.體內流體力學與細胞機械拉伸的動態重現
透過側腔真空抽吸，施加與體內腸道蠕動相同的週期性機械形變（形變量10%，變形頻率為0.15 Hz，大約是每6.6秒完成一次拉伸/放鬆循環），重現真實的流體剪切力與機械拉伸應力。
此IBD腸道器官晶片同時為臨床前試驗開創了關鍵應用方向：
腸道病理評估：
初代細胞交叉比對實驗證實 IBD 患者來源的纖維母細胞是驅動腸道屏障破壞的主要誘發因素。當健康結腸上皮搭配病患的纖維母細胞共同培養時，即使無外源性發炎因子，屏障通透性亦會顯著激增，並自主大量分泌IL-6與MCP-1等發炎因子。此模型可直接用於新型「間質標靶藥物」的體外篩選。同時，將人類周邊血液單核細胞（peripheral blood mononuclear cells, PBMCs）加入晶片底層通道，不僅能重現IBD微環境下免疫細胞浸潤的病理特徵，也可進一步分析持續性的生理性腸道蠕動如何參與IBD疾病進展，以及患者來源纖維母細胞與發炎上皮細胞之間的交互作用如何調控免疫細胞的黏附與浸潤行為。
內分泌干擾評估：
週期性拉伸形變在患者晶片模型中會活化NOD-like與PDGF訊息傳遞路徑，加速組織纖維化。研究團隊進一步引入性別對照，在基底通道灌流懷孕初期（First trimester）荷爾蒙雞尾酒療法（含E2、MPA、hCG、Prolactin與Placental Lactogen）。實驗證實，此內分泌干擾會顯著加劇女性患者來源晶片的發炎反應與間質纖維化，而對男性患者來源的晶片則無此顯著影響。此用途首次在體外直接證實了性荷爾蒙對人類腸道組織病理惡化的性別特異性影響，可以幫助解釋30-35%的女性IBD患者在懷孕期間有症狀加重的現象，有助於了解女性荷爾蒙如何影響健康個體與IBD患者的腸道生理。
致癌毒理篩選：
晶片暴露於致癌物（N-ethyl-N-nitrosourea, ENU）21天內即展現高敏感性，迅速發生隱窩結構破壞、E-cadherin 降解及早期大腸癌標誌物CEACAM5的高度表現，並能透過低覆蓋全基因組定序（Shallow Whole Genome Sequencing）分析染色體異常複製，大幅縮短了傳統長期動物致癌試驗的評估週期。同時，此研究也證實發炎性腸道疾病（IBD）來源的纖維母細胞具有促進癌症形成的傾向，並在此過程中發揮核心作用。
這款具備體學分析終點（Omics Endpoints）的腸道晶片，證實了新穎替代測試技術能在單一人源性系統內，解析多種複雜因子（細胞種類、物理應力、內分泌干擾）對疾病進程的獨立與協同影響，為生殖毒理評估與消化道藥物篩選提供具潛力的體外工具。
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編譯：鄭獻仁 副研究員
校稿：羅月霞 副教授/主任（國立中央大學生命科學系/環境生醫科技中心）