科学家们研制出3D打印药丸,对肠道中发现的细菌进行采样

肠道微生物群由数以万亿计的活微生物和一千多种细菌组成。众所周知,肠道在人体健康中起着重要作用。一个由大学工程师组成的团队可能已经开发出一种研究和收集肠道微生物样本的方法。

塔夫茨大学的一个工程师团队开发了一种3D药丸,可以在肠道细菌通过消化道时对其进行采样。3D药丸发表在《先进智能系统》杂志上,是第一种非侵入性手段,用于采集样本,并提供整个消化道内的微生物群概况。

肠道中的细菌被药丸中的渗透泵吸入螺旋通道。图片来源:塔夫茨大学纳米实验室

3D药丸可以对整个胃肠道内的肠道细菌进行采样。

目前,胃肠道采样方法主要采用粪便代谢产物和DNA分析。然而,这些方法不能提供胃肠道环境的深入和全面的数据,尤其是在远端结肠的上部。这是一个微生物群落物种差异很大的地区。

根据研究人员的说法,他们已经测试了这种药丸,他们发现它能准确地识别人群,包括他们在各种应用中的丰度。研究小组在猪和灵长类动物身上都试过这种药丸,但需要进行临床试验,以确定这种药丸是否能应用于人类,以便将来诊断和治疗。

肠道微生物群

肠道里有数万亿微生物群,包括细菌。这意味着它们的肠道细菌比全身的细胞还要丰富。此外,肠道中还有一千多种细菌。它们在那里是有原因的,它们对身体有许多有益的影响。

首先,肠道细菌在消化过程中起到保护和支持作用,有助于保护身体免受疾病的侵袭。然而,一旦微生物群平衡发生在胃肠道,称为发育不良,它可以导致许多消化系统紊乱症状,如便秘、腹胀、消化不良和腹泻。

生物失调也可能与炎症、癌症等疾病的恶化以及某些感染的易感性有关。研究表明,微生物代谢产物通过保护身体免受疾病的侵袭而起作用。

相关的基因调节肠道细菌降低老鼠患结直肠癌的风险发现研究强调高脂肪饮食对肠道免疫系统的一个组成部分有多大影响科学家研究真菌如何与细菌相互作用从而引发克罗恩病“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。研究合著者、塔夫茨大学电子和计算机工程教授Sameer Sonkusale说:“这种药丸将提高我们对微生物群分布中空间分布的作用的理解,从而为许多疾病和条件提供新的治疗方法。”工程学院说。

复杂的3D药丸

新的3D药丸是现代和最先进的,通过一个带有微流体通道的3D打印机开发。这种新药丸可以从消化道的各个阶段获得样本。药丸的表面有一层对酸碱值敏感的覆盖物,所以在进入小肠之前它不会吸收任何样本。在胃里,酸存在的地方,包衣会融化,使得它能够在小肠中获得样本。

除此之外,它还有一个半透膜,将药丸分为两个小室,一个小室由螺旋通道组成,负责获取细菌,另一个小室是一个充满钙的小室,它有助于使渗透流通过膜。3D药丸还包含一个微小的磁铁,将其固定在肠道的特定区域,以便在外部磁铁的引导下进行更具体的采样。

研究人员通过盐室中的荧光染料将药丸定位在消化道中。

塔夫茨-卡明斯兽医学院传染病和全球健康教授乔瓦尼-威德默教授在一份声明中说:“这种装置的设计使得它非常容易使用,对被测对象的风险很小,但提供了太多的信息。”

他补充说:“与其他非侵入性诊断设备相比,这就像是心电图检查肠道健康。”

研究人员相信,新技术可以通过使用DNA测序技术分析细菌种群来帮助胃肠道诊断。这种新的无创方法不仅有助于诊断,而且有助于治疗各种消化道疾病。

研究人员在研究中得出结论:“我们的研究结果表明,从药片的微流体通道中恢复的细菌种群与药片所处微环境中的细菌种群统计非常相似。”

他们补充说:“我们相信这种实验室对药物的装置将彻底改变我们对肠道微生物群的空间多样性及其对医疗条件和治疗的反应的理解。”

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