Dine tarmbakterier kan sige meget om dig, såsom hvorfor du er diabetiker, eller hvordan du reagerer på visse lægemidler.
Men videnskabsmænd kan kun se så meget af mave-tarmkanalen for at studere tarmbakteriers rolle i dit helbred. Det, der kommer ud af dig, er blot en lille prøve af disse bakterier uden at angive, hvor de kom fra i fordøjelsessystemet.
Purdue University-forskere byggede en måde at sluge et værktøj, der fungerer som en koloskopi, bortset fra at i stedet for at se på tyktarmen med et kamera, tager teknologien prøver af bakterier.
Teknologien kunne også bevæge sig gennem hele mave-tarmkanalen, ikke kun tyktarmen. Denne kanal omfatter ud over tyktarmen munden, spiserøret, maven, bugspytkirtlen, leveren, galdeblæren, tyndtarmen og endetarmen.
I det væsentlige ville dette værktøj gøre det muligt at udføre en "tarm-oskopi."
"Det handler om at kunne tage prøver af bakterier hvor som helst i tarmen. Det var umuligt før," sagde Rahim Rahimi, en Purdue-assistentprofessor i materialeteknik.
Værktøjet er en lægemiddellignende kapsel, der passivt væver gennem tarmen uden at skulle bruge et batteri. En pilleversion af en koloskopi er allerede kommercielt tilgængelig for at se områder af tyktarmen, som en traditionel koloskopi ikke kan se, men ingen af værktøjerne kan prøve bakterier.
"Hvis en koloskopi eller kamerapille ser blod, kan den ikke prøve det område for at undersøge nærmere. Du kan bare prøve bakterier fra en persons fækale stof, men bakterier kan variere meget i mave-tarmkanalen. Vores tilgang kunne være komplementære," sagde Rahimi.
Bakterieprøvetagningskapslen ville også være meget billigere, og hver enkelt koster kun omkring en dollar, vurderer han.
Rahimis team arbejder på at teste denne kapsel i grise, som har en mave-tarmkanal, der ligner mennesker. En indledende demonstration af prototypen er offentliggjort i RSC Advances, et tidsskrift af Royal Society of Chemistry.
Forskerne 3D-printede kapslen af harpiks, det samme materiale, der bruges i tandforme og implantater. Dette materiale skal modificeres en smule for mennesker at indtage, men er ellers ikke-toksisk, sagde Rahimi.
Når den udsættes for pH i en bestemt tarmplacering, opløses kapslens biologisk nedbrydelige hætte. Inde i kapslen udvider en hydrogel, der ligner dem, der bruges i bleer, sig og opsamler tarmvæske indeholdende bakterier. Tryklukker lukker kapslens åbning, når prøveudtagningen er færdig, lidt som et stempel.
Forskerne har testet prototypekapslen i en kulturopløsning designet til at simulere tarmbakteriefloraen i en GI-kanal. De testede også kapslens evne til at beskytte de udtagne bakterier i forskellige ekstreme miljøer. Deres eksperimenter indtil videre viser, at kapslen med succes kunne prøve bakterier, der er almindelige i tarmen, såsom E. coli, inden for en time.
Hos et menneske ville kapslen fortsætte med at bevæge sig gennem mave-tarmkanalen med andet fæk alt stof. En videnskabsmand kunne derefter genvinde kapslen fra en undersøgelsesdeltagers fækale materiale, skrue kapslen af og studere de indsamlede bakterier.
"Denne tilgang giver nye muligheder for at undersøge, hvilken type bakterier der er til stede i tarmen. Det ville hjælpe os med at finde ud af, hvordan vi manipulerer disse bakterier for at bekæmpe sygdom," sagde Rahimi.
Der er indgivet patent på denne teknologi gennem Purdue Research Foundation Office of Technology Commercialization. Arbejdet er finansieret af Eli Lilly and Company og Purdues School of Materials Engineering. Rahimis team udfører denne forskning på Birck Nanotechnology Center i Purdues Discovery Park.
Baggrund
Tarmmikrobiota spiller en vigtig rolle i værtens fysiologi, såsom fedme, diabetes og forskellige neurologiske sygdomme. Mikrobiomprøvetagning er således en grundlæggende tilgang til bedre forståelse af mulige sygdomme. Konventionelle prøvetagningsmetoder, såsom endoskopier eller koloskopier, er imidlertid invasive og kan ikke nå hele tyndtarmen. For at imødekomme dette behov blev der designet en batteriløs 3D-printet prøvetagningskapsel, som kan indsamle mikrobiomprøver i hele mave-tarmkanalen. Kapslen (9 mm × 15 mm) består af et 3D-printet akrylhus, en hurtigabsorberende hydrogel og en fleksibel PDMS-membran. Væsker, der indeholder prøver af den mikrobielle flora i mave-tarmkanalen, trænger ind i enheden gennem en prøvetagningsåbning på enhedens hætte. Når først mikrobiomet kommer ind i huset, absorberer hydrogelen væsken og svulmer, og beskytter effektivt prøverne i dens polymermatrix, mens den også skubber på den fleksible PDMS-membran for at blokere prøvetagningsåbningen fra yderligere væskeudveksling. Den hentede kapsel kan let skilles ad på grund af kapslens skruelågdesign, og hydrogelen kan fjernes for yderligere bakteriekultur og analyse. Som et bevis på konceptet blev kapslens bakterielle prøveudtagningseffektivitet og evnen til at være vært for mikrobielle prøver i hydrogelen i en forseglet kapsel valideret ved hjælp af en flydende kultur indeholdende Escherichia coli. Den demonstrerede teknologi giver et lovende, billigt værktøj til direkte prøveudtagning og vurdering af mikrober i hele mave-tarmkanalen og kan muliggøre ny indsigt i kostens rolle i at formidle vært-mikrobe-interaktioner og metabolisme.
