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ヒト腸内粘液環境をin vitroで再現 ヒト腸粘液模倣モデルGut3Gel

掲載日情報：2026/04/28 現在Webページ番号：72682

バックスリーゲル /
Bac3Gel LDA
[メーカー略称：B3G]

Gut3Gelは、ムチンをベースとしたヒト腸粘液を模倣したin vitroモデルを作成できる3Dハイドロゲルです。ヒト腸粘液の特性（ムチン濃度や粘弾性、pHなど）や、二層構造による酸素勾配を再現することで、ヒト体内に近い粘液環境を構築できます。これにより、ハイドロゲル内部には酸素濃度の低い局所的な微小環境も形成され、偏性嫌気性菌の生育をサポートするとともに、機能的かつ複雑な微生物ネットワークの維持が期待されます。従来の培養法では、腸内細菌の70%以上は培養・単離が困難とされていますが、Gut3Gelは、これまで培養が難しいとされてきた菌種の増殖をサポートする可能性が示されています。

※ 本製品は研究用です。研究用以外には使用できません。


■ Gut3Gelの構造（左）・酸素勾配（中）・微生物多様性保持（右）

アリザリンレッド染色によるGut3Gelのカルシウムイオン架橋構造の可視化

アリザリンレッド染色により可視化したGut3Gelのカルシウムイオン架橋構造。下部ほど架橋密度が高い勾配構造を示す。

Gut3Gel内部に形成される酸素勾配

Gut3Gel内部の酸素勾配（縦軸：深度、横軸：酸素分圧）。下部に向かうほど酸素分圧が低下する。

Gut3Gelはドナー由来腸内細菌叢の属レベル多様性を高率に保持

ドナー由来腸内細菌叢をGut3GelおよびBHI（Brain Heart Infusion Broth）で培養し、16S rRNA解析により属レベルの多様性を評価した。Gut3Gelでは元試料の約90％の属が保持され、BHI培養より高い多様性保持率を示した。


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腸粘液と実験モデルについて

腸粘液の二層構造について

ヒト腸管の表面は、ムチンを主成分とする粘液層に覆われており、この粘液は内層と外層からなる二層構造を形成しています。上皮に近い内層（内粘液層）は粘弾性が高く、微生物はほとんど存在しません。一方、外層（外粘液層）はより疎な構造を有し、粘弾性が低いため、微生物が定着可能な環境となっています。このような粘液構造により、内層は病原性微生物や有害な管腔内物質に対するバリア機能を担い、外層は微生物の定着を可能にすることで、宿主と微生物との共生および双方向的相互作用を成立させています。

腸粘液の二層構造


腸内細菌叢研究の課題

腸内細菌叢の組成や機能の変化と疾患との関係の解明は重要な課題ですが、その相互作用は複雑であり、因果関係の特定は容易ではありません。現在のゴールドスタンダードであるin vivo動物モデルは有用な知見を提供する一方で、倫理面やコスト面の制約があり、またヒトとの生理学的差異から、ヒト腸内細菌叢を正確に再現できないという限界があります。また、多くの腸内細菌が難培養性または未培養であることも課題です。近年のメタゲノム研究では、ヒト腸内マイクロバイオームに含まれる種の70%以上で培養株が確立されていないことが報告されており、腸内細菌叢解析には新たなアプローチが求められています。

このため、in vitroモデルへの注目が高まっていますが、バイオリアクターやマイクロ流体デバイスは高コストで操作も複雑であり、スループット性や拡張性に制約があります。したがって、より簡便で再現性が高く、制御された環境下で腸内細菌叢の組成・機能・相互作用を解析できる、新たな培養プラットフォームの開発が求められています。

参考文献

  1. Suárez Vargas, N., et al., Gut Microbiol., 1, 100003(2025). [DOI:10.1016/j.gutmic.2025.100003]

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特長

  • ■ ヒト腸内粘液の特性（組成・粘弾性・栄養環境など）を再現
  • ヒト腸内環境に近い条件で評価できます。
  • 主要な腸内細菌群（例：Bacteroidaceae、Prevotellaceae、Ruminococcaceaeなど）の増殖をサポートします。
  • 粘液関連菌（例：Bifidobacteriumなど）の増殖を促進します。
  • ■ 酸素勾配を伴う微小環境を形成
  • 局所的な低酸素環境を再現することで、嫌気性菌の生育に適した環境も形成します。
    ※ 効果は実験条件や微生物群集の構成によって異なるため、すべての条件で嫌気性菌の増殖が保証されるわけではありません。
  • ■ 使いやすさ
  • 標準的な機器で使用でき、ハイスループット系にも対応します。

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製品タイプ

Gut3Gelには、プレートタイプ、シリンジタイプ、Diskタイプの3種類があります。

ヒト粘液の化学的特性や粘弾性に加え、酸素、栄養、密度の勾配構造を再現したハイドロゲルをウェルプレートに充填した製品です。糞便試料などの微生物試料をゲル上に添加することで、微生物がゲル内へ移行・生着し、よりネイティブに近い環境下で微生物の生育・増殖を評価できます。

  • 主な用途：静的なin vitro培養、微生物叢解析、スクリーニング試験
プレートタイプ

ヒト粘液を模倣した組成と粘弾性を有する、均一構造（勾配なし）のハイドロゲルです。ダブルシリンジ混合法により微生物と混合でき、プレート、チューブ、発酵槽など、さまざまな系で使用できます。

  • 主な用途：柔軟な培養系の構築、共培養系（例：哺乳動物細胞との共培養）
シリンジタイプ

剛性を高めた勾配構造を有するハイドロゲルで、バイオリアクターなどの動的培養系に対応したタイプです。対数増殖期の培養液に添加することで、Disk内部で微生物を生着・増殖させることができます。

  • 主な用途：バイオリアクター培養や動的条件での微生物増殖・代謝評価

■ 特長

  • せん断応力を緩衝し、微生物を保護します。
  • 栄養・ガス・代謝物の交換を維持します。
  • スキャフォールドとして機能し、バイオマスおよび代謝物産生の再現性を向上させます。
Diskタイプ

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製品ラインナップ

品名 組織 タイプ 包装 商品コード
Gradient Colonic Gut3Gel 大腸 プレート 24 well×2 B3G-GGUTCOLON-24W
48 well×2 B3G-GGUTCOLON-48W
96 well×2 B3G-GGUTCOLON-96W
Homogeneous Colonic Gut3Gel シリンジ シリンジ（5 ml）×3 B3G-HGUTCOLON
Gut3Disks Disk 3バイアル B3G-GUT3DISKS
Small Intestinal Gut3Gel 小腸 シリンジ シリンジ（5 ml）×3 B3G-GUTSMALLINT

※ シリンジタイプの内部構造は均一で酸素などの勾配は形成されません。
※ 詳細な手順は、以下のプロトコルリンクよりご参照下さい。
■ Gradient Colonic Gut3Gel
■ Homogeneous Colonic Gut3Gel
■ Gut3Disks
■ Small Intestinal Gut3Gel


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キット付属品（各タイプ共通）

  • Bac3Gel dissolution medium （200 mM sodium citrate）

※ Gut3Gelのゲル溶解液。溶解した試料はNGSや細胞生存率評価、フローサイトメトリー、メタボロミクス解析といった下流のアッセイに利用できます。
※ その他必要な試薬は上記のプロトコルリンクよりご確認下さい。


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従来法との比較

Gut3GelとBHI（液体培地）での培養比較

■ 実験
ドナー由来試料（糞便）をGut3GelまたはBHI（Brain Heart Infusion Broth、好気条件または嫌気条件）で0、24、48、72時間培養し、16S rRNA遺伝子解析によって微生物群集の存在比を、GC-MSによって短鎖脂肪酸（SCFA）を評価した（下図）。

Gut3GelとBHI（液体培地）での培養比較

■ 結果
Gut3Gelでは、Actinobacteriotaの顕著な増加が確認された。また、液体培地を用いたin vitro培養でしばしば認められるProteobacteriaのアーティファクト的な増殖は抑制された。その結果、Gut3Gelで培養した微生物群集は、Firmicutesを主体とし、これにActinobacteriotaおよびBacteroidotaが続き、Proteobacteriaの割合は低い構成を示した。このプロファイルは粘膜関連マイクロバイオータに近い特徴を示しており、in vivoの状態により近いものと考えられる（下図左）。また、腸内細菌叢の代謝活性を短鎖脂肪酸（SCFA）の定量によってモニタリングした結果、Gut3Gelでは酢酸および酪酸の産生量の増加が認められた（下図右）。


Gut3GelとBHI（液体培地）での培養比較の結果

さらに、Gut3GelとBHI（嫌気条件）で培養した際の菌群の変化（ΔCLR、下図。＋はGut3Gelで増加、－はBHIで増加）を5名のドナーごとに比較したところ、Gut3Gelでは、Bifidobacteriaceae、Clostridiaceae、Coriobacteriaceae、Peptostreptococcaceae、Prevotellaceae、Ruminococcaceaeといった菌群でエンリッチメント傾向が確認された。加えて、一部のドナーでは、AcidaminococcaceaeおよびVeillonellaceaeの増加も観察された。


菌群の変化

■ 考察
上記結果より、Gut3Gelは、嫌気性チャンバーを用いない条件下においても、偏性嫌気性菌を含む微生物叢の増殖をサポートし得る低酸素様の微小環境を形成することが示された。さらに、ムチン分解、多糖代謝、ならびに短鎖脂肪酸（SCFA）産生に関与する菌群の相対存在量が増加していることから、Gut3Gelが粘液環境を模倣し、粘液関連微生物の増加を促進する特性を有することが示された。


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使用例

プレバイオティクス（イヌリン）の効果検証

ヒトドナー由来の糞便試料をGut3Gelに播種し、24時間培養後にイヌリンを添加した。その後の微生物叢および代謝活性を評価したところ、イヌリンの添加によりBifidobacteriumが増加し、代謝活性の上昇も確認された。

Gut3Gelで形成されたマイクロバイオータは、プレバイオティクス（イヌリン）に対してin vivoと同様の応答を示しており、このことから、Gut3Gelが機能的な微生物コミュニティの再現に適したプラットフォームであることが示された。

プレバイオティクス（イヌリン）の効果検証

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健常なヒト大腸粘液の組成・勾配構造・バリア機能を再現した大腸様粘液モデル。ムチンをベースとした3Dハイドロゲル。構成品：Gut3Gelマルチウェルプレート(24ウェル)×2枚、Bac3Gel dissolution medium
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ムチンをベースとした3Dハイドロゲル。剛性の高いハイドロゲルであり、バイオリアクターなど動的培養条件に対応できるよう設計されている。構成品：大腸Gut3Disks×3バイアル、Bac3Gel dissolution medium
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Cystic Fibrosis Air3Gel-24well (2 plates)
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Vag3Gel

ヒト子宮頸膣粘液の組成・構造・バリア機能を再現し、ムチンを基盤とする3Dハイドロゲルを用いた子宮頸膣様粘液モデルです。

[在庫・価格 ：2026年04月28日 20時55分現在]

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Vag3Gel (3 syringes)
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ヒト子宮頸膣粘液の組成・構造・バリア機能を再現した子宮頸膣様粘液モデル。ムチンをベースとした3Dハイドロゲル。構成品：非排卵期Vag3Gel(5mL)×3シリンジ、Bac3Gel dissolution medium
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水分量が高く低粘度・中性pHを特徴とする排卵期子宮頸膣粘液を模倣した粘液モデル。ムチンをベースとした3Dハイドロゲル。構成品：排卵期Vag3Gel(5mL)×3シリンジ、Bac3Gel dissolution medium
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厚く高粘性で強いバリア機能を示し、酸性pHを特徴とする妊娠期子宮頸膣粘液を模倣した粘液モデル。ムチンをベースとした3Dハイドロゲル。構成品：妊娠期Vag3Gel(5mL)×3シリンジ、Bac3Gel dissolution medium
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文献数： 0

説明文 ヒト子宮頸膣粘液の組成・構造・バリア機能を再現した子宮頸膣様粘液モデル。ムチンをベースとした3Dハイドロゲル。構成品：非排卵期Vag3Gel(5mL)×3シリンジ、Bac3Gel dissolution medium
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説明文 厚く高粘性で強いバリア機能を示し、酸性pHを特徴とする妊娠期子宮頸膣粘液を模倣した粘液モデル。ムチンをベースとした3Dハイドロゲル。構成品：妊娠期Vag3Gel(5mL)×3シリンジ、Bac3Gel dissolution medium
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細胞培養一般試薬