3D打印药丸样本肠道微生物群,以帮助诊断和治疗

该药片是第一个已知的工作装置,能够非侵入性和准确评估细菌物种的轮廓栖息在胃肠道的任何阶段
Microbiome sampling pill in the small intestine
小肠中的微生物抽样丸。资料来源:塔夫茨大学纳米实验室
七月 24, 2019

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迈克·西尔弗

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马萨诸塞州梅福德/萨默维尔(2019年7月24日)——塔夫茨大学工程师领导的一个研究小组研制出一种3D打印可摄食药丸,在肠道(称为微生物群)通过胃肠道(GI)时对肠道中发现的细菌进行采样。据研究人员称,能够分析肠道中的细菌物种,对了解影响肠道微生物群和受肠道微生物群影响的条件有重要影响。

据研究人员介绍,《高级智能系统》杂志中描述的3D打印药丸是第一个非侵入性诊断工具,能够在整个胃肠道中提供微生物群的概况。目前对微生物群的取样方法主要涉及对粪便DNA和代谢物的分析,但这种方法很少提供远端结肠上游环境信息,因为那里细菌种类可能有很大差异。

论文说,这种药丸在体外和体内进行了广泛的研究,并发现可以准确识别细菌种群及其相对丰度。它已在猪和灵长类动物身上进行了测试,但需要临床试验来确定该药片是否可以在人类中常规用于临床护理。

超过1000种细菌栖息在健康的肠道中。这些细菌绝大多数在消化和防病方面具有有益的支持作用。当微生物群的自然平衡受到干扰时,会出现一种称为"生物病"的情况,这可能与炎症、感染的易感性,甚至癌症等其他疾病的恶化有关。研究正在越来越多地揭示对疾病有益处或保护作用的特定微生物群落代谢物。

"我们正在学习很多关于肠道微生物群在健康和疾病中的作用。然而,我们对它的生物地理学知之甚少,"塔夫茨大学工程学院电气和计算机工程教授、该研究的相应作者Sameer Sonkusale说。"该药片将增进我们对微生物群谱中空间分布作用的理解,以推进针对多种疾病和病症的新疗法和疗法。

避孕药比海绵更复杂。它在 3D 打印机中制造,具有微流体通道,可以采样 GI 通道的不同阶段。药丸表面覆盖着pH敏感涂层,因此在进入涂层溶解的小肠(绕过胃)之前,不会吸收任何样品。半渗透膜将药丸中的两个腔室分离开来——一个腔室含有螺旋通道,可以接收细菌,另一个含有含钙盐的腔室。盐室有助于在膜上产生渗透流,将细菌拉入螺旋通道。药丸中的一个小磁铁可以将其保持在肠道的某些位置,使用体外的磁铁进行更有针对性的采样。盐室中的荧光染料有助于在药片退出胃肠道后找到它。

塔夫茨大学卡明斯兽医学院传染病和全球健康教授乔瓦尼·维德默说:"这种装置的设计使其使用起来非常容易,对受试者几乎没有风险,但提供了如此多的信息。和共同作者的研究,负责测试药丸的有效性在动物和高通量测序的微生物群样本。

研究人员认为,这项技术填补了在了解肠道生态系统复杂性方面的重要差距。"我们有先进的技术来分析细菌群使用DNA测序,但直到现在还没有一种方法,以不侵入性的方式样本整个胃肠道细菌,"霍贾托拉·雷扎伊·内贾德说,一个博士后研究员研究小说3D打印在塔夫茨的Sonkusale实验室中的应用,是这项研究的主要作者。"通过非侵入性取样,这种药片可以帮助我们更好地识别和了解不同肠道细菌物种在健康和疾病中的作用。

这项研究得到了海军研究办公室(#N0014-16-1-2550)、国家过敏和传染病研究所(#5R21AI125891)和国家科学基金会(CBET1511340,CAREER-1554095)的支持。内容完全由作者负责,不一定代表国家卫生研究院的官方观点。

参与这项研究的还有巴西阿拉沙图巴的保利斯塔大学布鲁诺·奥利维拉、生物医学灵长类研究中心和荷兰乌得勒支大学、索尔·齐波里和乔瓦尼的伊万内拉·孔多瓦和扬·兰德耶德。维德默,塔夫茨大学卡明斯兽医学院的教授;和塔夫茨大学工程学院的艾丁·萨德奇、阿明·德赫哈尔加尼和杰弗里·瓜斯图。

内贾德H.R.,奥利维拉B.C.M.,萨德奇A.,德克哈尔加尼A.,孔多瓦一世,兰杰德耶德J.A.M.,瓜斯托J.S.,齐波里S,维德默G.,Sonkusale S.R."用于肠道微生物群落体内的可摄体渗透药丸"。 高级智能系统(2019年7月19日)。DOI: 10.1002/aisy.201900053

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关于塔夫茨大学

塔夫茨大学位于波士顿、梅德福德/萨默维尔和马萨诸塞州格拉夫顿以及法国塔洛瓦茨的校区,是美国一流的研究型大学之一。塔夫茨在学术卓越和学生作为各行各业的领导者的准备方面享有全球声誉。越来越多的创新教学和研究计划跨越所有塔夫茨校区,大学各学校的本科生、研究生和专业课程的教职员工和学生之间广泛鼓励合作。