食物真的會影響大腦？科學家用「器官晶片」解碼腸道訊號
撰文＝編輯部
近年研究逐步揭示，飲食攝取不僅影響身體代謝與腸道健康，也可能透過「腸腦軸線（gut–brain axis）」影響大腦發育、認知功能、情緒調節與老化過程。腸道與大腦之間存在密集且持續的雙向溝通，涉及神經訊號、免疫反應與代謝物傳遞。
然而，特定食品成分如何經由腸道代謝、吸收與訊號傳遞，進一步影響大腦相關生理反應，至今仍難以在人體中直接驗證。這也使食品研發與健康宣稱長期受限於間接證據與動物模型。
模擬腸與腦的關鍵連結 NIZO與屯特大學啟動合作
為彌補研究上的落差，荷蘭食品研究機構NIZO與屯特大學（University of Twente）合作開發「腸腦軸線晶片（Gut-Brain Axis on Chip）」。該平台結合微流體器官晶片（organ-on-chip）工程與人類幹細胞衍生的細胞模型，目標是在體外模擬腸道與大腦之間的關鍵溝通機制。
這套系統整合腸道模型與大腦模型，並聚焦於與迷走神經相關的神經訊號傳遞，使研究人員得以在受控環境中，研究食品成分、腸道反應與神經訊號之間的互動關係，而非重建完整的人體通路。
腸腦軸線使得大腦與腸道系統可進行雙向溝通並調節，最終影響情緒、睡眠、食慾、記憶、認知與神經退化。（圖片來源：NIZO）
腸腦軸線如何運作為何食物可能影響大腦？
腸腦軸線指的是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會產生多種生物活性分子，例如短鏈脂肪酸、膽酸衍生物與其他訊號分子，這些訊息可透過神經、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。然而，這些作用路徑過去多半只能透過推論或動物試驗間接觀察，缺乏能同時反映人類腸道與神經反應的實驗平台。
器官晶片技術讓研究從推論走向量化
NIZO與屯特大學開發的腸腦軸線晶片，利用人類誘導型多能幹細胞分化出的腸道與神經細胞模型，搭配微流體系統，讓研究人員能在晶片尺度下觀察腸道反應與神經訊號變化。
透過此平台，可分析與神經發育、神經發炎、認知相關生理反應有關的分子與細胞指標，並結合mRNA表現分析與蛋白質定量，協助評估特定食品成分在腸道代謝後，可能對神經系統產生的影響趨勢。
相較傳統方法為食品研究提供新工具
相較於傳統體外二維細胞模型與動物試驗，腸腦軸線晶片以人類細胞為基礎，能更貼近人類生理反應；而相較於臨床試驗，其實驗成本較低、變異可控，並能在早期研究階段進行多條件平行測試。
這使食品產業得以在投入長期與高成本的人體研究前，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，同時降低對動物實驗的依賴。
邁向個人化營養但仍處於探索階段
由於該平台採用人類幹細胞模型，理論上可模擬不同年齡、性別或健康狀態下的生理差異。NIZO指出，未來若能進一步整合其他器官模型，例如肝臟、腎臟或血腦障壁，將有機會朝向更完整的多器官晶片系統發展。
不過，這類「human-on-chip」與個人化營養應用仍屬長期研究方向，目前腸腦軸線晶片的角色，仍以作為探索食物、腸道與神經互動機制的研究工具為主。
為食品與健康研究開啟新路徑
整體而言，NIZO與屯特大學的腸腦軸線晶片，並非用來直接驗證健康宣稱，而是提供一個更接近人類生理條件的研究平台，協助科學家理解食物成分可能透過腸腦軸線影響大腦的潛在機制。
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，這類器官晶片技術，正為食品研究帶來新的方法學工具，也為未來更精準的營養科學奠定基礎。
審稿編輯：林玉婷
延伸閱讀
▶早餐也能吃出好睡眠？卡樂比益生元穀片助改善腸道與睡眠
▶全球功能飲市場將達2485億美元！AI與微膠囊技術推動個人化營養潮流
▶結合AI、數位技術與全球頂尖科學家！英國成長最快的健康科技公司「ZOE」有可能帶領全球實現精準營養嗎？
參考資料
▶Food Ingredients First, NIZO and University of Twente partner on lab device to test how food affects brain health
▶NIZO, Offering unprecedented insights into how food influences brain health. NIZO and University of Twente announce their
▶NIZO, Gut-brain axis on a chip: a faster route to foods that promote brain health
▶Freshnfrozen, Gut-Brain Axis on Chip: NIZO & Twente Reveal Breakthrough Partnership