综述：人类肠道微生物组体外培养技术的进展及其全面分析

这篇综述系统探讨了体外（in vitro）发酵模型在人类肠道微生物组研究中的突破性应用，提出通过三维支架（3D scaffolds）、定制培养基、仿生发酵系统及先进分析技术（如NGS）模拟肠道微环境，克服了临床（in vivo）和动物模型的伦理与技术瓶颈，为揭示微生物-宿主互作机制提供了可控、高效的研究平台。

　　

Abstract

人类肠道微生物组与健康和疾病的关联日益明确，但临床研究和动物模型存在变量控制难、伦理限制等问题。体外发酵模型通过模拟肠道结构（如3D支架）和功能（如厌氧环境、37°C培养），结合高通量测序（NGS）和光谱技术，成为研究微生物行为的新范式。

Introduction

肠道微生物组包含原核和真核微生物，与慢性炎症、代谢综合征、神经退行性疾病及癌症密切相关。传统临床研究依赖粪便样本，难以实时监测结肠动态；动物模型则因物种差异无法精准模拟人体环境。体外模型通过可控的培养基（含碳源、氮源、维生素）和仿生发酵系统（模拟结肠蠕动、pH、氧梯度），实现了微生物群落的动态培养。

Background and role of culture scaffolds

传统培养皿无法复现肠道复杂空间结构。3D支架（如胶原或合成聚合物）提供机械支撑和营养通道，促进微生物定植与互作，其孔隙率与表面化学性质直接影响菌群组成。

Background and role of culture media

定制培养基需满足严格厌氧条件和37°C恒温，添加氨基酸、嘌呤等关键因子以支持难培养菌（如Faecalibacterium prausnitzii）。培养基优化是还原肠道功能的核心。

Rationale for in vitro gut fermentation models

体外系统可模拟结肠分段（升结肠-降结肠）的生理差异，通过连续流动反应器控制滞留时间与代谢物梯度，研究膳食纤维降解或药物代谢等过程。

Advances in microbial detection and profiling techniques

从Leeuwenhoek的显微镜到现代质谱（MS）和宏基因组学，技术进步使单细胞分辨率分析成为可能。拉曼光谱（Raman spectroscopy）可实现无标记活菌代谢监测。

Conclusion and future perspectives

未来需整合器官芯片（organ-on-chip）与多组学（multi-omics）技术，提升模型的生理相关性，为个性化医疗和益生菌开发提供平台。