Forskare utvecklar 3D -tryckt piller som provar bakterier som finns i tarmen

Tarmmikrobiomet består av biljoner levande mikrober, och mer än tusen bakteriearter. Det har varit känt att tarmen spelar en viktig roll för kroppens hälsa. Ett team av universitetsingenjörer kan ha utvecklat ett sätt att studera och samla prover av mikrober som lever i tarmen.

Ett team av ingenjörer vid Tufts University har utvecklat ett 3D -piller som kan prova bakterier i tarmen när det passerar genom mag -tarmkanalen. Publicerad i tidskriften Avancerade intelligenta system, 3D-p-piller är det första icke-invasiva sättet att ta prover och ge en profil av mikrobiompopulationer i hela matsmältningskanalen.

Bakterier i tarmen dras in i spiralformade kanaler av en osmotisk "pump" i p -piller. Bildkredit:Nano Lab, Tufts University

3D -pillret kan prova tarmbakterier i hela mag -tarmkanalen

För närvarande, provtagningsmetoder i mag -tarmkanalen använder fekala metaboliter och DNA -analys. Dock, dessa metoder ger ingen fördjupad och omfattande information om GI-miljön, särskilt i den övre delen av den distala kolon. Det är ett område där de flesta mikrobiomarter skiljer sig markant.

Enligt forskarna, de har testat p -piller och fann att det ger korrekt identifiering av populationerna, inklusive deras överflöd i olika applikationer. Teamet provade p -piller på både grisar och primater, men kliniska prövningar måste utföras för att se om p -piller kan appliceras på människor för både diagnos och behandling i framtiden.

Tarmmikrobiomet

Tarmarna är hem för biljoner mikrobiomer, inklusive bakterier. Det betyder att tarmbakterierna är ännu rikligare än cellerna i hela kroppen. Plus, det finns mer än tusen arter av bakterier som lever i tarmen. De finns där av en anledning och de ger många fördelaktiga effekter på kroppen.

Till att börja med, tarmbakterier har en skyddande och stödjande del i matsmältningen och hjälper till att skydda kroppen mot sjukdomar. Dock, när balansen av mikrobiom inträffar i mag -tarmkanalen, kallas dysbios, inträffar, det kan leda till många symtom på matsmältningsstörningar, såsom förstoppning, uppblåsthet, dålig matsmältning, och diarré.

Dysbios kan också kopplas till inflammation, förvärring av sjukdomar som cancer, och sårbarhet för vissa infektioner. Studier har visat att mikrobiometaboliter fungerar genom att skydda kroppen mot sjukdomar.

”Vi lär oss ganska mycket om tarmmikrobiomets roll för hälsa och sjukdomar. Dock, vi vet väldigt lite om dess biogeografi. P -piller kommer att förbättra vår förståelse av den rumsliga fördelningens roll i mikrobiomprofilen för att främja nya behandlingar och terapier för ett antal sjukdomar och tillstånd, ”Sameer Sonkusale, studera medförfattare och professor i el- och datateknik vid Tufts University's School of Engineering, sa.

Sofistikerat 3D -piller

Det nya 3D-pillret är modernt och toppmodernt, utvecklad genom en 3D -skrivare med mikrofluidiska kanaler. Det nya pillret kan få prover från de olika faserna i matsmältningskanalen. Pillerns yta har ett pH-känsligt överdrag, så det absorberar inga prover förrän det kommer in i tunntarmen. I magen, där syror finns, beläggningen smälter, gör det möjligt att få prover i tunntarmen.

Bortsett från det, den har ett halvgenomsläppligt membran som separerar pillret i två kammare-en kammare som består av spiralformade kanaler, är ansvarig för att få bakterier och den andra är en kalciumfylld kammare, som hjälper till att få ett osmotiskt flöde över membranet. 3D -pillret innehåller också en liten magnet som håller den vid särskilda områden i tarmen för mer specifik provtagning styrd av en extern magnet.

Forskarna hittade pillret i matsmältningskanalen genom ett fluorescerande färgämne i saltkammaren.

"Designen på den här enheten gör den otroligt enkel att använda, utgör liten risk för motivet som mäts, men ger så mycket information, "Prof. Giovanni Widmer, professor i infektionssjukdomar och global hälsa i Tufts Cummings School of Veterinary Medicine, sade i ett uttalande.

"Jämfört med andra icke-invasiva diagnostiska enheter, det här är som att ha en EKG för tarmhälsan, " han lade till.

Forskarna tror att ny teknik kan hjälpa till vid gastrointestinal diagnos genom att analysera bakteriepopulationer med hjälp av DNA -sekvenseringstekniker. Den nya icke-invasiva metoden hjälper inte bara vid diagnos utan även vid behandling av olika matsmältningsbesvär.

"Våra resultat visar att bakteriepopulationerna som återhämtat sig från pillernas mikrofluidiska kanaler liknar mycket bakteriedemografin i den mikromiljö som p -piller utsattes för, ”Konstaterade forskarna i studien.
"Vi tror att sådana lab-on-a-pill-enheter kommer att revolutionera vår förståelse av tarmmikrobiomets rumsliga mångfald och dess reaktion på medicinska tillstånd och behandlingar, ”Tillade de.

• Forskare undersöker hur svamp interagerar med bakterier för att utlösa Crohns sjukdom
• Nytt vaccin som innehåller DNA och rekombinanta proteiner kan skydda mot HIV