По словам исследователей, таблетка, напечатанная на 3D-принтере, описанная в журнале Advanced Intelligent Systems, представляет собой первый неинвазивный диагностический инструмент, способный обеспечить профиль популяций микробиома по всему желудочно-кишечному тракту. Современные методы отбора проб микробиома включают анализ фекальной ДНК и метаболитов, но этот подход дает мало информации об окружающей среде перед дистальным отделом толстой кишки, где виды бактерий могут значительно различаться.
В документе говорится, что таблетки были изучены и показали, что они обеспечивают точную идентификацию бактериальных популяций и их относительную численность как в лабораторных, так и в естественных условиях. Он был протестирован на свиньях и приматах, но потребуются клинические испытания, чтобы определить, можно ли таблетку регулярно использовать для лечения людей.
В кишечнике обитают более 1000 видов бактерий. Подавляющее большинство этих бактерий играют полезную, поддерживающую роль в пищеварении и защищают от болезней. Когда естественный баланс микробиома нарушен, возникает состояние, называемое «дисбактериозом», которое может быть связано с воспалением, восприимчивостью к инфекциям и даже с обострением других заболеваний, таких как рак. Исследования все чаще раскрывают конкретные метаболиты микробиома, которые оказывают положительное или защитное действие на хозяина от болезней.
«Мы довольно много узнаем о роли кишечного микробиома в здоровье и болезнях. Однако мы очень мало знаем о его биогеографии », – сказал Самир Сонкусале, профессор электротехники и компьютерной инженерии инженерной школы Университета Тафтса и автор исследования. "Таблетка улучшит наше понимание роли пространственного распределения в профиле микробиома для продвижения новых методов лечения и лечения ряда заболеваний и состояний."
Таблетка сложнее, чем просто губка. Он изготовлен на 3D-принтере с микрожидкостными каналами, которые могут брать образцы на разных этапах желудочно-кишечного тракта.
Поверхность таблетки покрыта чувствительным к pH покрытием, поэтому она не впитывает образцы, пока не попадет в тонкий кишечник (минуя желудок), где покрытие растворяется. Полупроницаемая мембрана разделяет две камеры в таблетке: одна содержит спиральные каналы, в которые попадают бактерии, а другая – камеру, заполненную кальциевой солью. Соляная камера помогает создать осмотический поток через мембрану, который втягивает бактерии в спиральные каналы.
Небольшой магнит в таблетке позволяет удерживать ее в определенных местах кишечника для более целенаправленного отбора проб с помощью магнита вне тела. Флуоресцентный краситель в соляной камере помогает найти таблетку после того, как она выйдет из желудочно-кишечного тракта.
«Конструкция этого устройства делает его невероятно простым в использовании, представляя небольшой риск для объекта измерения, но предоставляя так много информации», – сказал Джованни Видмер, профессор инфекционных болезней и глобального здравоохранения в Школе ветеринарной медицины Тафтса Каммингса, и соавторы. -автор исследования, ответственного за изучение эффективности таблеток в исследованиях на животных. "По сравнению с другими неинвазивными диагностическими приборами это похоже на ЭКГ для здоровья кишечника."
Исследователи видят в этой технологии устранение важного пробела в диагностике желудочно-кишечного тракта. «У нас есть невероятная технология для анализа бактериальных популяций с использованием методов секвенирования ДНК, но до сих пор у нас не было способа взять образцы бактерий по всему желудочно-кишечному тракту таким способом, который не был бы инвазивным», – сказал Ходжатолла Резаи Неджад, научный сотрудник, занимающийся изучением романа. применение 3D-печати в лаборатории Сонкусале в Тафтсе и ведущий автор исследования. "Благодаря неинвазивному отбору проб эта таблетка может помочь нам лучше идентифицировать и понимать роль различных видов бактерий в здоровье и болезнях."