Genetski projektirani živi hidrogel materijal olakšava zacjeljivanje crijevnih rana

Oko 1,6 milijuna ljudi samo u SAD -u trenutno ima doživotnu i neizlječivu upalnu bolest crijeva (IBD), uključujući Crohnovu bolest i ulcerozni kolitis, i 70, U SAD -u se godišnje dijagnosticira 000 novih slučajeva. Pacijenti s IBD -om pate od boli, izrazita nelagoda, i mnogi drugi simptomi uzrokovani neprestano ponavljajućim i remitirajućim upalnim lezijama u sloju stanica koji oblaže crijevni lumen (sluznicu). Točni uzroci IBD -a još uvijek su slabo razumljivi, ali jasno je da je na djelu pogrešno usmjeren imunološki sustav, i da određene komponente mikrobiološke zajednice u našim crijevima, poznat kao crijevni mikrobiom, a okolišni čimbenici doprinose njegovim razornim silama.

Dok protuupalni lijekovi mogu ublažiti akutnu upalu, a antibiotici se mogu boriti protiv lokalnih infekcija kada se epizode IBD-a razbuktaju, njihova uporaba također ima svoju cijenu. Protuupalni lijekovi mogu imati ozbiljne nuspojave, a antibiotici mogu poremetiti korisne dijelove mikrobioma o kojima ovisimo za mnoge tjelesne funkcije. Važno je, nema dostupnih tretmana rana koji bi se mogli primijeniti na upaljene lezije izravno iz lumena crijeva kako bi se ubrzao proces zarastanja i smanjila upotreba tih lijekova.

Sada, istraživački tim na Harvardskom institutu Wyss za biološki nadahnuto inženjerstvo pod vodstvom Neela Joshija, Dr. Sc., razvio je pristup živih materijala koji koristi soj genetski modificiranih bakterija crijeva E.coli Nissle kao lokalno djelujući probiotik. Konstruirane bakterije proizvode mrežu od nano vlakana koja se izravno vežu za sluz kako bi ispunila upaljena područja poput zakrpe, štiteći ih od crijevnih mikroba i čimbenika okoliša. Ova terapijska strategija zasnovana na probioticima zaštitila je miševe od učinaka kolitisa izazvanog kemijskim sredstvom i potaknula zacjeljivanje sluznice. Njihovi nalazi objavljeni su u Nature Communications .

"S ovim pristupom" žive terapije ", stvorili smo viševalentne biomaterijali koje izlučuju rezidentne inženjerske bakterije na mjestu i vežu se na mnogo proteina sluzi odjednom - čvrsto se držeći viskoznog i inače pokretljivog sloja sluzi, što je izazovno učiniti, "rekao je Joshi." Pristup "Probiotic Associated Therapy Curli Hybrids" (PATCH) pristup, kako smo ga nazvali, stvara biokompatibilnost, mukoadhezivni premaz koji funkcionira kao stabilan, samoregenerirajući BAND-AID® i pruža biološke znakove za zacjeljivanje sluznice. "Joshi je trenutno član Osnovnog fakulteta Instituta Wyss i izvanredni profesor na Harvardovoj Paulson školi inženjerskih i primijenjenih znanosti (SEAS), i uskoro će biti imenovan za profesora na Sveučilištu Northeastern u Bostonu.

U prethodnom radu, Joshijeva skupina pokazala je da su samoregenerirajući bakterijski hidrogelovi čvrsto pričvršćeni na površine sluznice ex vivo, i, kada se oralno daje miševima, izdržao teške pH i probavne uvjete želuca i tankog crijeva bez utjecaja na zdravlje životinja. Za njihovu izradu, njegov tim programirao je laboratorijski soj E. coli za sintezu i izlučivanje modificiranog proteina CsgA, koji se kao dio sustava "curli" E. coli sastavlja u dugačka nano vlakna na vanjskoj površini bakterije. "Da biste omogućili prianjanje sluzi, spojili smo CsgA s domenom vezanja sluzi različitih faktora ljudskog trolista (TFF), bjelančevine koje se prirodno pojavljuju u crijevnoj sluznici i vežu se za mucine, glavni prisutni proteini sluzi. Izlučeni fuzijski proteini tvore mrežu za skladištenje vode s podesivim svojstvima hidrogela, "rekla je koautorica Anna Duraj-Thatte, Dr. Sc., postdoktorand koji radi s Joshijem. "Ovo se pokazalo kao jednostavna i robusna strategija za stvaranje samoobnavljanja, mukoadhezivni materijali s dugim boravkom u crijevnom traktu miša. "

U svom novom istraživanju, tim je dalje nadogradio ove nalaze uvođenjem strojeva za proizvodnju jednog od mukoadhezivnih hidrogelova na bazi TFF3 u soj E. coli Nissle koji je normalna crijevna bakterija koja može uspjeti u dijelovima crijeva i slijepog crijeva u crijevnom traktu zahvaćenom IBD -om , i trenutno se prodaje u mnogim komercijalnim probiotičkim formulacijama. "Utvrdili smo da je novoizgrađena Nissleova bakterija, kada se daje oralno, također naseljeni i nastanjeni u crijevnom traktu, i da su njihova curli vlakna integrirana sa slojem crijevne sluzi, "rekao je prvi autor Pichet Praveschotinunt, koji je apsolvent pod mentorstvom Joshija.

Kad smo inducirali kolitis u debelom crijevu miševa oralnom primjenom kemikalije dekstran natrijevog sulfata, životinje koje su primale soj E. coli Nissle koji generira PATCH svakodnevnom rektalnom primjenom, počevši tri dana prije kemijske obrade, imali znatno brže ozdravljenje i manje upalne reakcije, zbog čega su izgubili mnogo manje kilograma i brže se oporavili u usporedbi s kontrolnim životinjama. Njihova epitelna sluznica debelog crijeva pokazala je normalniju morfologiju i manji broj infiltriranih imunoloških stanica.

Prvi autor Pichet Praveschotinunt

Joshi i njegov tim misle da bi se njihov pristup mogao razviti kao popratna terapija postojećim protuupalnim lijekovima, imunosupresivi, i antibiotske terapije kako bi se smanjila izloženost pacijenata lijekovima i potencijalno pružila zaštita od recidiva IBD -a.

Ovaj snažan i jednostavan pristup mogao bi potencijalno utjecati na živote tisuća pacijenata s IBD-om za koje ne postoji lijek specifičan za tu bolest. To je također dokaz kreativnosti i vizije inicijative Wyss Instituta "Living Cellular Devices" koja inženjerira žive stanice za obavljanje ključnih terapijskih i dijagnostičkih zadataka u našim tijelima.

Direktor osnivač Wyss Instituta Donald Ingber, DOKTOR MEDICINE., Dr. Sc., koji je također Judah Folkman profesor vaskularne biologije na HMS -u, program vaskularne biologije u dječjoj bolnici u Bostonu, i profesor bioinženjeringa na SEAS -u

• PENTAX Medical prikuplja 125 USD,
• Predoperacijski program rehabilitacije za starije osobe dovodi do boljih ishoda