工程益生菌,可以感知并报告肠道炎症

相信你的直觉吗?你的医生可能会。益生菌工程意义和报告肠道炎症的迹象可以提供第一手的知识系统的内部工作原理⎯提供他们没有死亡或分散。

努力使这个场景临床现实,赖斯大学的工程师们开发了一个平台,让工程生物传感器通过胃肠道(GI)呼吸道细菌安全通道在动物模型中,根据一项研究发表在生物材料。“好”旨在产生荧光蛋白在细菌生理疾病进展的迹象,老鼠肠道内表现良好,内部保护藻酸盐粒子。

通过结合与创新的生物材料设计合成生物学,大米教员的研究小组Jeffrey他泊和Omid Veiseh设计一个平台,最终可能被部署在一个不仅临床诊断炎症性肠病(IBD),还要监测疾病进展,评估治疗反应和帮助提供护理针对个别病人的独特肠道微生物组。

“概念验证研究中,我们选择了炎症性肠病,这是一种自身免疫疾病,会导致痛苦和复发性炎症耀斑,”说埃琳娜Musteata、研究生系统合成的生物和物理他泊实验室。“但肠道健康人体中扮演着许多重要的角色,影响新陈代谢,免疫力,大脑功能和其他系统。我们发现更多的不同疾病的生物标记物,我们可以使用这个平台来诊断和监测许多不同的健康状况。”

这个平台可以帮助替代通常是一个长期而复杂的炎症性肠病诊断过程⎯涉及入侵,耗时的程序如结肠镜检查和活检和依赖,部分主观自我监控⎯更简单和更快的过程。

“与我们的系统,患者理论上可以接受胶囊的处方和简单减少粪便样本中摄入后,不再需要重复结肠镜检查或活检,”说莎米拉Aghlara-Fotovat生物工程的研究生Veiseh实验室。“随着时间的推移,监测疾病进展或跟踪病人如何应对一个给定的治疗可能更容易使用这样的一个平台。”

根据Musteata,更快的诊断可能会导致更好的病人结果:“尤其是在炎症性肠病,是非常重要的减少出现症状和治疗之间的延迟,”她说。“有一种方式来评估肠道健康在很短的时间内,然后采取行动真的可以产生一个重大的进展在慢性炎症的临床管理和其他gut-related障碍。”

平台的另一个原因可能导致改善病人状况是能够调整治疗个别病人的生理机能。

“在未来,如果我们封装多种多样的生物传感器的压力,我们可以了解一个特定的人的炎症概要文件,然后使用这些信息来建立一个更个性化的诊断和治疗,“Aghlara-Fotovat说。

虽然它不是新的细菌基因程序检测胃肠道疾病生物标志物,一旦进入人体,他们面临生存挑战恶劣的条件像低pH值,破坏酶和胆汁盐。此外,免费的肠道细菌可以分散广泛,使得分析更加困难,可能不准确。

“我们的研究表明,封装在保护生物传感器细菌藻酸盐粒子使他们在活体动物的健壮的生存和诊断功能,“Musteata说。“我们是封装在生存能力的影响,种群动态和性能的硫代硫酸盐敏感技术菌株之前开发的在我们的实验室。”

工程应变产生绿色荧光蛋白对硫代硫酸盐⎯复合与肠道炎症⎯从而能够评估结肠炎症通过测量细菌荧光后通过动物消化道。

“我们发现,封装提供了几个优势与工程细菌、肠若“Musteata说。“首先,因为胶囊是宏观的,他们能更容易识别和分析比免费的细菌。此外,由于细菌是空间集中在胶囊内,报告基因的表达更容易想象比相同数量的免费的细菌。最后,封装可以保护细菌免受环境危害。例如,我们能够提高益生菌在酸性条件下大肠杆菌的生存。”

在开发和优化平台是一个具有挑战性的过程,研究人员强调了确保其再现性的必要性作为最终的临床使用的先决条件。

“我们致力于发展平台,我们封装细菌无数次,优化过程的每一步。有很多方面需要为了使临床特征可翻译产品,”Aghlara-Fotovat说。

“这是很酷的,看到两个令人兴奋的技术融合在一起,扩大现有的能力,”她补充道。

Musteata说她工作的经验值”不仅设计生物传感器细菌作为潜在的诊断,而且还如此紧密的跨学科项目合作,寻求将这些系统转化为医疗应用程序。”

“即使是10年前,这个想法的工程益生菌作为小型诊断机器人体内的旅行和检测疾病状态在很大程度上是在科幻小说的范畴。然而,米饭和许多其他机构组织正在真正部署这种技术进展,”Musteata说。

参考:Aghlara-Fotovat年代,Musteata E,医学博士Doerfert et al . Hydrogel-encapsulation增强细菌诊断结肠炎症。生物材料。2023;301:122246。doi:10.1016 / j.biomaterials.2023.122246

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