Китайските изследователи са разработили поглъщаема оптоелектронна капсула, която дава възможност за двупосочна комуникация между хора и инженерни бактерии на червата, което е първо глобално. Пробивът, постигнат съвместно от екипи от университета Tianjin и Northwest A&F University, беше публикуван на 28 юли в списанието Nature Microbiology.
Технологията бележи основна стъпка напред в биомедицинското инженерство, предлагайки нов инструмент за наблюдение на здравето в реално време за здравето на червата и потенциалните интервенции за стомашно -чревни заболявания, заяви изследователският екип.
С тази система хората не могат да получават само дистанционно здравни сигнали от инженерни бактерии, но също така да изпращат прецизни команди към тях, което позволява активното регулиране на микробиотата на червата.
„Това е като създаване на оптичен език между хората и микробите на червата“, казва Уанг Ханджи, професор от университета Тиендзин, който ръководи проекта с професор Лю Дуо. „Той отваря път за прецизна диагностика и динамично лечение на заболявания от вътрешността на тялото.“
Човешките черва са домакини на милиарди микроорганизми, които влияят на всичко-от имунитет до емоционално благополучие. Въпреки това, поради сложната структура на червата, наблюдението и регулирането на тези микроби в реално време винаги е било предизвикателство.
„Справянето с този проблем е като да се опиташ да откриеш и контролираш риби в дълбокия океан“, каза Уанг. Традиционните методи, като анализ на изпражненията, предлагат само косвени улики.
„Това е като да вземете черупки на плаж. Въпреки че може да предостави известна информация за дълбокото море, той не може директно да взаимодейства с микроорганизмите в червата“, добави Лю.
Изследователите се обърнаха към технологията на капсулите, поле, подразбиращо се за повече от две десетилетия, и я комбинираха с генно инженерство. Тяхното решение включваше модифициране на бактериите на червата, за да действа като сензори и реагиращи, докато поглъщаема капсула, оборудвана с леки комуникационни инструменти, служи като мобилна командна единица вътре в храносмилателния тракт.
Капсулата използва светлинни сигнали за комуникация, умишлен избор. „В човешките черва няма естествени светлинни сигнали“, обясни Джан Ксиню, основен член на екипа. „Това прави светлината защитен, кодиран език между устройството и бактериите.“
Освен това той разработи „Електронната капсула действа като„ преводач “, превеждайки оптичния език на бактерията в четени сигнали за хората“.
Инженерните бактерии са програмирани да излъчват светлина при откриване на маркери за болести като нитрати, индикатор за възпаление. Фотоелектрическите сензори на капсулата преобразуват тази светлина в електрически сигнали, които се предават безжично на приложение за мобилни телефони чрез Bluetooth, каза Джан.
Обратно, капсулата също изпраща предварително зададени светлинни команди, използвайки вградени светодиоди. Бактериите ги откриват чрез чувствителни към светлината протеини и реагират чрез изпълнение на специфични функции, като например производство на противовъзпалителни наносъди.
За да проверят стабилността на системата, изследователите провеждат тестове както in vitro, така и в живи прасета.
„По -високата бактериална луминесценция доведе до по -силни фотострума сигнали от капсулата“, каза екипът, потвърждавайки надеждността на процеса на преобразуване на сигнала.
При тестове, използващи PIG модел на ентерит, системата доказа своята практическа стойност. „Инженерните бактерии могат да изпращат ранни предупреждения един до два дни преди традиционните методи за тестване на изпражненията“, каза Лю. Екипът също успя да издаде команди за интервенция в реално време дистанционно чрез приложението, като успешно облекчава възпалението.
„Капсулата функционира като гъвкава“ командна лодка „дълбоко в червата“, каза Лю. „Следващата ни цел е да приспособим бактериалното усещане към специфични клинични нужди.“
Професор Уанг Ханджи добави: „В бъдеще електронните капсули могат да служат като дигитална интелигентна платформа, включваща технологии за изкуствен интелект и облачни данни за интелигентно регулиране на микробните функции, предлагайки нови стратегии за точна и динамична диагностика и лечение на заболяването“.
Експертите твърдят, че проучването представлява фундаментално изместване от пасивното наблюдение на флората на червата към активното и дистанционното управление, предлагайки основа за бъдещи решения за цифрова диагностика и лечение.
Занг Ифан допринесе за тази история.
[email protected]
Нашия източник е Българо-Китайска Търговско-промишлена палaта