Geneettisesti kehitetty elävä hydrogeelimateriaali helpottaa suoliston haavan paranemista

Pelkästään Yhdysvalloissa noin 1,6 miljoonalla ihmisellä on tällä hetkellä elinikäinen ja parantumaton tulehduksellinen suolistosairaus (IBD), mukaan lukien Crohnin tauti ja haavainen paksusuolitulehdus, ja 70, Yhdysvalloissa diagnosoidaan vuosittain 000 uutta tapausta. IBD -potilaat kärsivät kivusta, äärimmäinen epämukavuus, ja monet muut oireet, jotka johtuvat jatkuvasti uusiutuvista ja poistuvista tulehduksellisista vaurioista solukerroksessa, joka vuoraa suolen ontelon (limakalvon). IBD:n tarkat syyt ovat edelleen huonosti ymmärrettyjä, mutta on selvää, että väärin suunnattu immuunijärjestelmä toimii, ja että suolistomme mikrobiyhteisön tietyt komponentit, tunnetaan suoliston mikrobiomina, ja ympäristötekijät vaikuttavat sen tuhoaviin voimiin.

Vaikka tulehduskipulääkkeet voivat vaimentaa akuuttia tulehdusta ja antibiootit voivat torjua paikallisia infektioita, kun IBD-jaksot leviävät, myös niiden käyttö maksaa. Tulehduskipulääkkeillä voi olla vakavia sivuvaikutuksia ja antibiootit voivat häiritä mikrobiomin hyödyllisiä osia, joista olemme riippuvaisia ​​monille kehomme toiminnoille. Tärkeää haavahoitoja, joita voitaisiin soveltaa tulehtuneisiin vaurioihin suoraan suoliston ontelosta, ei ole saatavana paranemisen nopeuttamiseksi ja näiden lääkkeiden käytön minimoimiseksi.

Nyt, tutkijaryhmä Harvardin Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering -järjestössä, jota johtaa Neel Joshi, Ph.D., on kehittänyt elävän materiaalin lähestymistavan, joka käyttää geneettisesti muokattua E.coli Nissle -bakteerikantaa paikallisesti vaikuttavana probioottina. Suunnitellut bakteerit tuottavat nanokuituverkoston, joka sitoutuu suoraan limaan ja täyttää tulehtuneet alueet kuten laastari, suojaamaan niitä suoliston mikrobeilta ja ympäristötekijöiltä. Tämä probioottipohjainen terapeuttinen strategia suojaa hiiriä kemiallisen aineen aiheuttamalta koliitin vaikutuksilta ja edistää limakalvojen paranemista. Heidän havainnoistaan ​​raportoidaan Luonnonviestintä .

"Tällä" elävän terapian "lähestymistavalla olemme luoneet moniarvoisia biomateriaaleja, joita paikallisesti valmistetut bakteerit erittävät paikan päällä ja jotka kiinnittyvät moniin limaproteiineihin kerrallaan - kiinnittyvät lujasti viskoosiseen ja muutoin liikkuvaan limakalvoon, mikä on haastava tehtävä, "sanoi Joshi." "Probiotic Associated Therapeutic Curli Hybrids" (PATCH) -lähestymistapa, kuten nimimme, luo bioyhteensopivan, mukoadhesiivinen pinnoite, joka toimii vakaana, itsestään uusiutuva BAND-AID® ja tarjoaa biologisia vihjeitä limakalvon paranemiseen. "Joshi on tällä hetkellä Wyss-instituutin ydin tiedekunnan jäsen ja apulaisprofessori Harvardin Paulson-tekniikan ja ammattikorkeakoulussa (SEAS), ja hänet nimitetään pian professoriksi Bostonin Koillis -yliopistoon.

Aiemmissa töissä, Joshin ryhmä on osoittanut, että itsestään uusiutuvat bakteerihydrogeelit ovat kiinnittyneet tukevasti limakalvojen pinnoille ex vivo, ja, kun sitä annetaan suun kautta hiirille, kestänyt mahalaukun ja ohutsuolen kovia pH -arvoja ja ruoansulatusolosuhteita vaikuttamatta eläinten terveyteen. Niiden valmistamiseksi, hänen tiiminsä ohjelmoi laboratorion E. coli -kannan syntetisoimaan ja erittämään muunnetun CsgA -proteiinin, joka osana E. colin "curli" -järjestelmää kokoontuu pitkiin nanokuituihin bakteerien ulkopinnalla. "Jotta lima tarttuisi, fuusioimme CsgA:n eri ihmisen trefoil-tekijöiden (TFF) limaa sitovaan domeeniin, proteiineja, joita esiintyy luonnossa suolen limakalvossa ja jotka sitoutuvat limakalvoihin, siellä esiintyvät tärkeimmät limaproteiinit. Eritetyt fuusioproteiinit muodostavat vettä varastoivan verkon, jolla on säädettävät hydrogeeliominaisuudet, "kirjoitti toinen kirjoittaja Anna Duraj-Thatte, Ph.D., Joshin kanssa työskentelevä tutkijatohtori. "Tämä osoittautui yksinkertaiseksi ja vankkaksi strategiaksi itsensä uudistumiselle, mukoadhesiiviset materiaalit, joilla on pitkä viipymisaika hiiren suolistossa. "

Uudessa tutkimuksessaan työryhmä rakensi edelleen näitä havaintoja esittelemällä koneen, jolla tuotetaan yksi TFF3:een perustuvista mukoadhesiivisista hydrogeeleistä E. coli Nissle -kantaan, joka on normaali suolistobakteeri, joka voi menestyä suoliston paksusuolen ja paksusuolen osissa, joihin IBD vaikuttaa. , ja sitä myydään tällä hetkellä monissa kaupallisissa probioottivalmisteissa. "Huomasimme, että äskettäin suunnitellut Nissle -bakteerit, suun kautta annettuna, myös asuttu ja asunut suolistossa, ja että niiden curl -kuidut on integroitu suolen limakerrokseen, "sanoi ensimmäinen kirjoittaja Pichet Praveschotinunt, joka on Joshin ohjaama jatko -opiskelija.

Kun indusoimme paksusuolentulehduksen hiirien paksusuolessa antamalla suun kautta kemiallista dekstraaninatriumsulfaattia, eläimet, jotka olivat saaneet PATCH:ta tuottavan E. coli Nissle -kannan päivittäisellä peräsuolen antamisella alkaen kolme päivää ennen kemiallista käsittelyä, parani huomattavasti nopeammin ja alensi tulehdusreaktioita, mikä sai heidät laihtumaan paljon vähemmän ja toipumaan nopeammin kuin kontrollieläimet. Heidän paksusuolen epiteelin limakalvolla oli normaalia morfologia ja pienempi määrä soluttautuvia immuunisoluja.

Ensimmäinen kirjoittaja Pichet Praveschotinunt

Joshi ja hänen tiiminsä ajattelevat, että heidän lähestymistapaansa voitaisiin kehittää kumppaniterapiaksi olemassa oleville tulehduskipulääkkeille, immunosuppressiivinen, ja antibioottihoidot, jotka auttavat minimoimaan potilaiden altistumisen lääkkeille ja mahdollisesti suojaamaan IBD -taudin uusiutumista vastaan.

Tämä tehokas ja yksinkertainen lähestymistapa voi mahdollisesti vaikuttaa tuhansien IBD-potilaiden elämään, joille ei ole saatavilla sairauskohtaista hoitoa. Se on myös osoitus Wyss -instituutin "Living Cellular Devices" -aloitteen luovuudesta ja visiosta, joka suunnittelee elävät solut suorittamaan keskeiset terapeuttiset ja diagnostiset tehtävät kehossamme.

Wyss -instituutin perustajajohtaja Donald Ingber, M.D., Ph.D., joka on myös juutalainen kansanmies, vaskulaaribiologian professori HMS:ssä, vaskulaaribiologian ohjelma Bostonin lastensairaalassa, ja biotekniikan professori SEAS:ssa

• PENTAX Medical kerää 125 dollaria,
• Ikääntyneiden kuntoutusohjelma ennen leikkausta johtaa parempiin tuloksiin