Китайские ученые создали проглатываемую капсулу для управления кишечной микрофлорой

Китайские исследователи разработали проглатываемую оптоэлектронную капсулу, которая обеспечивает двустороннюю связь между человеком и генетически модифицированными кишечными бактериями. Это первая в мире технология такого рода. Прорыв, достигнутый совместными усилиями команд из Тяньцзиньского университета и Северо-Западного университета сельского и лесного хозяйства, был опубликован 28 июля в журнале Nature Microbiology.

Как заявила исследовательская группа, эта технология представляет собой значительный шаг вперед в биомедицинской инженерии, предлагая новый инструмент для мониторинга здоровья кишечника в реальном времени и потенциального лечения желудочно-кишечных заболеваний.

С помощью этой системы человек может не только удаленно получать сигналы о состоянии здоровья от модифицированных бактерий, но и отправлять им точные команды, что позволяет активно регулировать микробиоту кишечника.

«Это похоже на создание оптического языка между человеком и кишечными микробами», — сказал профессор Тяньцзиньского университета Ван Ханьцзе, который руководил проектом вместе с профессором Лю Дуо. «Это открывает путь для точной диагностики и динамического лечения заболеваний изнутри организма».

В кишечнике человека обитают миллиарды микроорганизмов, которые влияют на все — от иммунитета до эмоционального состояния. Однако из-за сложной структуры кишечника наблюдение и регулирование этих микробов в реальном времени всегда было сложной задачей.

«Решение этой проблемы похоже на попытку обнаружить и контролировать рыб в глубинах океана», — отметил Ван. Традиционные методы, такие как анализ кала, дают лишь косвенные подсказки.

«Это как собирать ракушки на пляже. Хотя это может дать некоторую информацию о глубинах моря, но не позволяет напрямую взаимодействовать с микроорганизмами внутри кишечника», — добавил Лю.

Исследователи обратились к капсульной технологии, которая изучается уже более двух десятилетий, и объединили ее с генной инженерией. Их решение включало модификацию кишечных бактерий, чтобы они действовали как датчики и исполнители, а проглатываемая капсула, оснащенная инструментами световой связи, служила мобильным командным центром внутри пищеварительного тракта.

Капсула использует световые сигналы для связи — это было осознанным выбором.

«В кишечнике человека нет естественных световых сигналов, — объяснил Чжан Синьюй, ключевой член команды. — Это делает свет безопасным, закодированным языком между устройством и бактериями».

Он также уточнил:

«Электронная капсула действует как "переводчик", преобразуя оптический язык бактерий в читаемые сигналы для человека».

Модифицированные бактерии запрограммированы излучать свет при обнаружении маркеров заболеваний, таких как нитраты — индикаторы воспаления. Фотоэлектрические датчики капсулы преобразуют этот свет в электрические сигналы, которые передаются через Bluetooth в мобильное приложение, пояснил Чжан.

В свою очередь, капсула также отправляет заранее заданные световые команды с помощью встроенных светодиодов. Бактерии распознают их через светочувствительные белки и реагируют, выполняя определенные функции, например, производя противовоспалительные нанотела.

Чтобы проверить стабильность системы, исследователи провели тесты как в пробирках, так и на живых свиньях.

«Чем ярче было свечение бактерий, тем сильнее были фототоковые сигналы от капсулы», — сообщила команда, подтверждая надежность процесса преобразования сигналов.

В тестах на модели энтерита у свиней система доказала свою практическую ценность.

«Модифицированные бактерии могли отправлять ранние предупреждения за один-два дня до традиционных методов анализа кала», — сказал Лю. Команда также смогла удаленно отправлять команды для вмешательства через приложение, успешно уменьшая воспаление.

«Капсула функционирует как гибкий "командный корабль" в глубине кишечника, — отметил Лю. — Наша следующая цель — адаптировать бактериальные сенсоры под конкретные клинические потребности».

Профессор Ван Ханьцзе добавил:

«В будущем электронные капсулы могут служить цифровой интеллектуальной платформой, объединяя искусственный интеллект и облачные технологии для интеллектуального регулирования функций микробов, предлагая новые стратегии для точной и динамичной диагностики и лечения заболеваний».

Эксперты отмечают, что это исследование знаменует фундаментальный переход от пассивного наблюдения за кишечной микрофлорой к активному и удаленному управлению, закладывая основу для будущих цифровых диагностических и терапевтических решений.

Автор: Цзан Ифань.