Vzorky tobolek inspirované korály skryté bakterie před tenkým střevem

V hloubkách oceánu se mořské korály vyvinuly složité porézní struktury, které chrání rozmanité mikrobiální komunity.

Nyní si vědci půjčili tento biologický plán, aby vytvořili poživatelnou pilulku, která může vzorkovat bakterie z jedné z nejnepřístupnějších oblastí lidského těla: tenké střevo.

Korál (celulární organizovaná opakující se mříže) kapsleVyvinul Khalil Ramadi – pomocný profesor bioinženýrství na NYU Tandon School of Engineering a NYU Abu Dhabi (NYUAD) – a spolupracovníci NYUAD slibují první pasivní, neinvazivní způsob, jak sbírat mikroby z horního trávicího traktu. Jakmile je zařízení polkne, fyzicky zachycuje bakterie, když před vystoupením těla přirozeně prochází trávicím systémem.

Ve studii zveřejněné ve ZařízeníTým prokázal, že jejich zařízení inspirované korály poskytuje komplexnější obraz bakteriální krajiny tenkého střeva než tradiční vzorky stolice, což je současný zlatý standard pro výzkum mikrobiomu.

„Fekální vzorky, i když se snadno shromažďují, nepředstavují mikrobiální komunity v odlišných oblastech střeva,“ řekl Ramadi, který řídí laboratoř pro pokročilé neurongineering a translační medicínu v NYUAD.

Zatímco střevní mikrobiom byl spojen se vším od imunitních poruch po duševní zdravíVětšina studií vzorku stolice primárně odráží bakterie z tlusté střevo a chybí jedinečné mikrobiální komunity tenkého střeva. Na tom záleží, protože tenké střevo je místem, kde se objevuje velká část kritického jednání. Jako největší mukózní povrch těla hostí vysokou hustotu receptorů, imunitních buněk a neuronů, což z něj činí klíčové místo pro interakce hostitel-mikrobiomu.

Nedávný výzkum naznačuje, že různá onemocnění – včetně poruch imunitních poruch, metabolických onemocnění a endokrinních onemocnění – mohou ve skutečnosti vzniknout ve střevech, přičemž zřetelné mikrobiální populace v tenkém střevu hrají základní roli v metabolismu a imunity, které se významně liší od těch v tlustém střevě.

„Korálová kapsle zachycuje bakterie, které jinak nejsou přístupné, a oslovují významné slepé místo ve vědě o mikrobiomech,“ řekl Aashish Jha, docent biologie v NYUAD a spolupráci papíru. „Porozumění těmto proti proudovým mikrobiálním komunitám by mohlo být klíčem k rané detekci onemocnění a vývoji cílenějších terapeutických zásahů.“

Konstrukce kapslí napodobuje mořské korály pomocí matematicky definovaných struktur nazývaných tričující periodické minimální povrchy (TPM). Vytvářejí bludiště podobnou síť kanálů s velikostí pórů optimalizované tak, aby zachytily bakterie a umožňovaly bezpečný průchod trávicím traktem.

Na rozdíl od stávajících zařízení pro vzorkování mikrobiomu, která se spoléhají na magnety, mechanické pohony nebo elektronické komponenty, korál funguje zcela pasivně. Kapsle je vyrobena v jediném kroku 3D tisku a neobsahuje žádné pohyblivé části, což je potenciálně škálovatelné pro rozšířené použití. Zvláštní povlak zajišťuje, že zařízení začíná vzorkováním teprve poté, co dosáhne tenkého střeva, a zabrání kontaminaci žaludeční kyselině.

„Navrhli jsme Coral, aby byl co nejjednodušší, žádné baterie nebo elektroniku, jen matematicky přesnou strukturu, která používá přirozený pohyb střeva ke vzorkování bakterií,“ řekl Hanan Mohammed, hlavní autor studie a výzkumného spolupracovníka v Nyuad. „To nám dává přístup k bakteriálním komunitám, které byly dosud pro vědce neviditelné.“

Ve studiích na zvířatech Coral úspěšně zachytil odlišné bakteriální populace z tenké střevo které se výrazně lišily od Fekální vzorky. Vzorky tobolek shromáždily vyšší hladiny prospěšných bakterií, jako je Lactobacillus, který se daří v prostředí horního střeva dolního pH, zatímco záměrně chybí bakterie obvykle se nachází v tlustém střevě.

Tato práce představuje součást Ramadiho širší mise změnit to, jak můžeme diagnostikovat a léčit nemoci skrz střeva. Jeho práce zahrnuje vývoj „elektroceutik“ – spíše elektrických elektráků než farmaceutických intervencí -, které mohou diagnostikovat a léčit podmínky z Imunitní poruchy k metabolickým onemocněním využitím přírodních nervových cest těla.

Tým předpokládá, že Coral překládá korál na případné použití lidského použití tím, že škálování kapslí z jejích současných malých rozměrů na standardní velikost pilulky. Před lidské pokusy Mohli by začít, vědci by museli vyvinout spolehlivé metody vyhledávání (potenciálně pomocí magnetické detekce nebo jiných identifikačních technik) a provádět rozsáhlé testování bezpečnosti, aby se zajistilo, že zařízení nepředstavuje žádné riziko pro pacienty. Tým pokračuje v této práci v laboratoři a aktivně pracuje na komercializaci této technologie prostřednictvím programu HealthX v Startadu a Abú Dhabího oddělení zdravotnictví.

Kromě Ramadiho, Jha a Mohammeda jsou papírovými kouty Sadaf Usmani, Brij Bhushan, Anique Ahmad, Oraib al-Ketan, Ahmed A. Shabl, Maylis Boitt a Heba Naser, a to na Nyu na Nyu na Nyu na Nyu na Naser aat Naser Naser Naser Naser naser aat naser naser naser naser naser naser naser naser.