Микросферы с бактериями для диагностики кишечника заменили колоноскопию у мышей

Исследователи создали крошечные проглатываемые микросферы, несущие генетически модифицированные бактерии, способные обнаруживать признаки кровотечения в кишечнике в течение нескольких минут. Фото: Shutterstock

Колоноскопия получила альтернативу — ученые сообщают в журнале ACS Sensors о создании крошечных микросфер, заполненных бактериями, которые могут обнаруживать присутствие крови, ключевого признака желудочно-кишечных заболеваний. Эти микросферы функционируют как миниатюрные «таблетки», которые проглатываются и содержат магнитные частицы, чтобы их можно было легко извлечь из стула. После прохождения через организм мышей с колитом сенсоры обнаружили желудочно-кишечное кровотечение в течение нескольких минут. Команда отмечает, что ту же бактериальную систему в конечном итоге можно будет модифицировать для выявления других состояний, связанных с кишечником.

«Эта технология предлагает новую парадигму для быстрого и неинвазивного обнаружения желудочно-кишечных заболеваний», — говорит Ин Чжоу, соавтор исследования.

Почему необходима более простая, неинвазивная диагностика кишечника

Миллионы людей живут с колоректальным раком или воспалительными заболеваниями кишечника, включая колит, которые могут приводить к кишечным кровотечениям, диарее и болям в животе. Колоноскопия остается «золотым стандартом» диагностики. Она опирается на эндоскоп — гибкое устройство с камерой на конце, которое осторожно проводят через толстый кишечник. Хотя процедура дает ценную медицинскую информацию, многие люди не решаются на нее из-за необходимости тщательной подготовки и инвазивности. В поисках альтернативы Чжоу, Бан-Се Е, Чжэнь-Пин Цзоу и их коллеги исследуют использование бактерий, которые обнаруживают биомаркеры, такие как гем — компонент красных кровяных клеток, сигнализирующий о кровотечении внутри кишечника.

Создание бактериальных сенсоров, выживающих при пищеварении

Ранее команда создала бактерии, которые испускают свет при встрече с гемом, но ранние версии разрушались во время пищеварения, и их было трудно извлечь впоследствии. В новом исследовании ученые защитили бактерии, заключив их вместе с магнитными частицами внутрь маленьких капель альгината натрия — загустителя, широко используемого в пищевых продуктах. Это позволило создать прочные гидрогелевые микросферы, которые проходят через пищеварительный тракт и могут быть извлечены из стула с помощью магнита. Первоначальные лабораторные тесты подтвердили, что гидрогелевый щит позволяет бактериям выживать в смоделированных пищеварительных условиях, при этом пропуская гем к сенсору и запуская свечение.

Тестирование микросфер на мышиных моделях колита

Исследователи затем дали микросферы перорально мышам с разной степенью тяжести колита — от отсутствия заболевания до тяжелого воспаления. После того как сферы прошли через желудочно-кишечный тракт, команда извлекла их с помощью магнита и сообщила о трех ключевых результатах:

• Очистка микросфер и анализ сигнала заняли около 25 минут.
• Сенсоры производили более сильные световые сигналы по мере увеличения тяжести заболевания, что указывало на более высокие уровни гема у животных с более запущенным колитом.
• Тесты на здоровых мышах показали, что микросферы биосовместимы и безопасны.

Потенциал для будущих испытаний на людях и мониторинга заболеваний

Хотя технология еще не оценивалась на людях, исследователи предполагают, что инкапсулированные бактериальные сенсоры в один прекрасный день могут помочь диагностировать желудочно-кишечные заболевания, отслеживать реакцию на лечение и мониторить изменения в заболевании с течением времени.

Авторы отмечают финансирование со стороны Национального фонда естественных наук Китая, Национальной ключевой программы исследований и разработок Китая и Китайского фонда постдокторантуры.

Интересный факт: Исследования в области синтетической биологии, подобные этому, открывают путь для создания «живых лекарств» и диагностических систем, которые могут автономно работать внутри организма, реагируя на специфические биологические сигналы.