Wissenschaftler entwickeln eine 3D-gedruckte Pille, die Bakterien aus dem Darm untersucht

Das Darmmikrobiom besteht aus Billionen lebender Mikroben, und mehr als tausend Bakterienarten. Es ist bekannt, dass der Darm eine wichtige Rolle für die Gesundheit des Körpers spielt. Ein Team von Universitätsingenieuren hat möglicherweise eine Methode entwickelt, um im Darm lebende Mikroben zu untersuchen und Proben zu sammeln.

Ein Team von Ingenieuren der Tufts University hat eine 3D-Pille entwickelt, mit der Bakterien im Darm auf ihrem Weg durch den Verdauungstrakt untersucht werden können. Veröffentlicht in der Zeitschrift Fortschrittliche intelligente Systeme, Die 3D-Pille ist das erste nicht-invasive Mittel, um Proben zu gewinnen und ein Profil der Mikrobiom-Populationen im gesamten Verdauungstrakt bereitzustellen.

Bakterien im Darm werden durch eine osmotische „Pumpe“ in der Pille in die helikalen Kanäle gezogen. Bildquelle:Nano Lab, Tufts-Universität

Die 3D-Pille kann Darmbakterien im gesamten Magen-Darm-Trakt testen

Derzeit, Probenahmemethoden des GI-Trakts verwenden fäkale Metaboliten und DNA-Analyse. Jedoch, diese Methoden liefern keine detaillierten und umfassenden Daten des GI-Umfelds, insbesondere im oberen Teil des distalen Dickdarms. Es ist ein Bereich, in dem sich die meisten Mikrobiomarten deutlich unterscheiden.

Laut den Forschern, Sie haben die Pille getestet und festgestellt, dass sie eine genaue Identifizierung der Populationen ermöglicht, einschließlich ihrer Fülle in verschiedenen Anwendungen. Das Team probierte die Pille sowohl bei Schweinen als auch bei Primaten aus. Es müssen jedoch klinische Studien durchgeführt werden, um zu sehen, ob die Pille in Zukunft sowohl zur Diagnose als auch zur Behandlung beim Menschen angewendet werden kann.

Das Darmmikrobiom

Der Darm beherbergt Billionen von Mikrobiomen, einschließlich Bakterien. Das bedeutet, dass sie Darmbakterien noch häufiger als die Zellen im gesamten Körper haben. Plus, Im Darm leben mehr als tausend Bakterienarten. Sie sind aus einem bestimmten Grund da und haben viele positive Auswirkungen auf den Körper.

Erst einmal, Darmbakterien haben eine schützende und unterstützende Funktion bei der Verdauung und helfen, den Körper vor Krankheiten zu schützen. Jedoch, Sobald das Gleichgewicht des Mikrobioms im Magen-Darm-Trakt erreicht ist, Dysbiose genannt, tritt ein, es kann zu vielen Symptomen von Verdauungsstörungen führen, wie Verstopfung, Blähungen, Verdauungsstörungen, und Durchfall.

Dysbiose kann auch mit Entzündungen verbunden sein, Verschlimmerung von Krankheiten wie Krebs, und Anfälligkeit für bestimmte Infektionen. Studien haben gezeigt, dass Metaboliten des Mikrobioms den Körper vor Krankheiten schützen.

„Wir lernen viel über die Rolle des Darmmikrobioms für Gesundheit und Krankheit. Jedoch, wir wissen sehr wenig über seine Biogeographie. Die Pille wird unser Verständnis der Rolle der räumlichen Verteilung im Mikrobiomprofil verbessern, um neuartige Behandlungen und Therapien für eine Reihe von Krankheiten und Zuständen voranzubringen. ” Gleicher Sonkusale, Co-Autor des Studiums und Professor für Elektro- und Computertechnik an der School of Engineering der Tufts University, genannt.

Anspruchsvolle 3D-Pille

Die neue 3D-Pille ist modern und auf dem neuesten Stand der Technik, durch einen 3D-Drucker mit mikrofluidischen Kanälen entwickelt. Die neue Pille kann Proben aus den verschiedenen Phasen des Verdauungstraktes entnehmen. Die Oberfläche der Pille hat einen pH-empfindlichen Überzug, Es nimmt also keine Proben auf, bis es in den Dünndarm gelangt. Im magen, wo Säuren vorhanden sind, die Beschichtung schmilzt, Dadurch können Proben im Dünndarm entnommen werden.

Davon abgesehen, es hat eine semipermeable Membran, die die Pille in zwei Kammern trennt – eine Kammer mit spiralförmigen Kanälen, ist für die Aufnahme von Bakterien verantwortlich und die andere ist eine kalziumgefüllte Kammer, was dazu beiträgt, einen osmotischen Fluss durch die Membran zu erzeugen. Die 3D-Pille enthält auch einen winzigen Magneten, der sie an bestimmten Stellen im Darm hält, um eine spezifischere Probenahme zu ermöglichen, die von einem externen Magneten geführt wird.

Die Forscher lokalisierten die Pille im Verdauungstrakt durch einen fluoreszierenden Farbstoff in der Salzkammer.

"Das Design dieses Geräts macht es unglaublich einfach zu bedienen, ein geringes Risiko für das Messobjekt darstellt, dennoch so viele Informationen liefern, "Prof. Giovanni Widmer, Professor für Infektionskrankheiten und globale Gesundheit an der Tufts Cummings School of Veterinary Medicine, sagte in einer Erklärung.

"Im Vergleich zu anderen nicht-invasiven Diagnosegeräten, das ist wie ein EKG für die Darmgesundheit, " er fügte hinzu.

Die Forscher glauben, dass eine neue Technologie bei der Magen-Darm-Diagnose helfen kann, indem Bakterienpopulationen mithilfe von DNA-Sequenzierungstechniken analysiert werden. Die neue nicht-invasive Methode wird nicht nur bei der Diagnose, sondern auch bei der Behandlung verschiedener Verdauungsstörungen helfen.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Bakterienpopulationen, die aus den mikrofluidischen Kanälen der Pillen gewonnen werden, den demografischen Bakterienpopulationen der Mikroumgebung, der die Pille ausgesetzt war, sehr ähneln. “ schlossen die Forscher in der Studie.
„Wir glauben, dass solche Lab-on-a-Pill-Geräte unser Verständnis der räumlichen Vielfalt des Darmmikrobioms und seiner Reaktion auf Erkrankungen und Behandlungen revolutionieren werden. “ fügten sie hinzu.

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