与其他科学突破相比，疫苗和抗微生物剂在转化医学和延长人类平均寿命方面所做的贡献更大。然而，传染病仍居世界首位。1儿童和年轻人死亡的主要原因。

如今，随着寨卡病毒，埃博拉病毒，SARS，结核病等新出现的流行威胁，抗菌素耐药性的大量增加以及开发新的抗菌药物和疗法的时间和成本，科学家们担心寻找超越传染病的新方法。

解决此问题的一种令人兴奋的方法是使用预测性组织培养模型，该模型可以更准确地反映我们自己的身体对病原体的反应。

以往缺乏这种复杂模型的方法大大降低了从宿主和病原体角度了解传染病的能力。能够更好地预测人类对感染的反应的组织模型开发的核心是，对人体中细胞和组织在三维(3-D)环境中的功能的理解。因此，必须以对病原体在体内遇到的3-D组织微环境相同的认识来开发在实验室中制作的基于细胞的组织模型。

尽管这一研究概念早已被癌症和再生医学界所认可，但传染病界却进展缓慢。

现在，美国亚利桑那州立大学生物设计学院的一个团队报告说，在近二十年前，它首先开发和应用3-D组织模型来研究细菌感染性疾病，并率先采用3-D组织模型作为研究传染性疾病的新范例。他们在3-D肠道模型开发方面的最新进展。

这项新的研究是亚利桑那州立大学与美国宇航局约翰逊航天中心之间的一项合作，由美国亚利桑那州立大学生物设计研究所研究员，生命科学学院教授谢丽尔·尼克森领导。

他们的共同目标是开发更现实的肠道组织模型来抵抗沙门氏菌，沙门氏菌是导致全球食物中毒和系统疾病的主要原因，许多种类导致严重甚至是致命的感染，经济影响达数十亿美元。

尼克森说：“我们设计了先进的3-D共培养模型，以整合在肠道中发现的重要免疫防御细胞类型即巨噬细胞，巨噬细胞是沙门氏菌在感染过程中靶向的关键细胞，对于其致病潜力至关重要。”研究的通讯作者。巨噬细胞与上皮细胞的结合可以在感染过程中评估不同细胞类型的协同作用，从而可以在更生理相关的背景下研究宿主与病原体的相互作用。

本研究中使用的沙门氏菌菌株包括引起肠胃炎和危及生命的血液感染的菌株，包括耐多药性沙门氏菌菌株D23580(属于一组鉴定为ST313的沙门氏菌分离株)，这些菌株导致毁灭性侵袭性血流感染流行撒哈拉以南非洲。

这项研究延续了尼克森团队使用NASA生物反应器技术的开创性工作，该技术开发的3D细胞基组织模型越来越复杂，可以更好地概括人类组织，以弥合传统细胞培养与当前在传染病研究中使用的动物模型之间的鸿沟。

这是首次将免疫细胞整合到使用NASA旋转壁容器(RWV)生物反应器开发的3-D肠道模型中，这是该共培养系统首次用于研究针对人类肠道的感染。

尼克森说：“因此，我们的共培养模型提供了一种了解肠道肠道疾病发病机理的强大新工具，并且可能导致意外的发病机理和治疗靶点，而以前使用其他肠细胞培养模型并未观察到或不了解这些靶点。”

除了建立3D结构和包含免疫细胞外，在建立更好的感染组织模型时还必须考虑组织微环境的其他复杂因素。这些因素包括物理力，例如细胞表面上的流体流动以及不同的氧气水平。这对于捕获宿主与病原体之间复杂而动态的相互作用非常重要，这些相互作用决定了感染过程的结果。

为了将这些其他因素纳入新的3-D共培养模型开发中，作者在肠道感染之前和期间遇到的不同氧气水平(高和低)下培养了沙门氏菌，以更好地概括自然感染过程，并使用了动态生物反应器技术在肠道中发现的生理液剪切水平下培养细胞。

首席研究员Barrila表示：“由于人体中所有复杂的因素会导致感染，因此要在实验室中准确模拟宿主-病原体相互作用的起始和进展所涉及的所有步骤，这是研究人员面临的真正挑战。” -国际研究的作者，以及同事Jiseon Yang。

“通过在模型开发过程中利用NASA RWV生物反应器产生的自然低流体剪切环境，并在感染过程中使用生理上相关的氧气条件，我们已经接近了实现我们最终创建复杂的3-D微环境最终目标的几步。 ”

为了在感染研究中测试这种新的共培养模型，尼克森(Nickerson)的团队用不同菌株的沙门氏菌挑战了它，每种菌株都具有不同的宿主适应性，抗生素抗性谱和疾病表型。

有趣的是，对于每个菌株，该新模型对不同类型沙门氏菌感染的反应是非常不同的，因此证明了该模型根据其感染特征区分这些密切相关的病原体的能力。具体而言，观察到细菌菌株在模型定植(粘附，侵袭和细胞内存活)与上皮细胞和免疫细胞中细胞内共定位模式之间存在重要差异。

“使用这种3-D多细胞体外宿主模型系统的一个重要优势是能够可视化不同宿主细胞类型内不同病原体的共定位模式。我相信这些平台可以提高我们对各种肠溶性疾病的认识具有传染性(细菌性和病毒性)和非传染性病因(IBS / IBD，药物毒性等)的疾病。”

这些发现证明了该模型作为强大的新工具的价值，该工具整合了不同细胞类型的反应以了解肠道发病机理。

尼克森团队现在致力于将复杂性进一步构建到他们的3-D组织模型中，以便逐层达到最终的目标，即生长和完全模仿整个3-D器官，并向其中添加更多的免疫细胞。组合为研究人员提供了一系列用于研究健康和疾病的高级新工具。

尼克森补充说：“该领域的未来是无限的，我们仍处于学习如何建立更现实，更复杂的天然人体组织模型，以更好地了解宿主-病原体相互作用和传染病机制的初期阶段。这些发现迫切需要。超越传染病的新疫苗和新药物的开发。令人​​振奋的是，传染病界开始采用3-D 组织模型。”