麻省理工学院的科学家们开发了一种新方法,将有益细菌输送到胃肠道

2018-05-15

/ em通过在细菌上涂覆保护它们免受消化道中发现的酸和胆汁盐的聚合物层,麻省理工学院的科学家开发出了一种新的策略,可将大量有益细菌输送到人体肠道。 / em

人体消化道含有数万亿个细菌,其中许多细菌有助于消化食物并抵抗有害细菌。最近的研究表明,这些细菌中的一些可能会影响人类疾病,如糖尿病,心脏病和癌症,无论好坏。

随着科学家们更多地了解这些细菌,许多人提出操纵这些人群的可能性,统称为微生物群体,可以改善人类健康。

展望未来,麻省理工学院的一个科学家团队已经制定出了一种为人类肠道提供大量有益细菌的策略。

“一旦微生物群得到了更好的理解,我们就可以利用这个交付平台来瞄准某些地区并在那里引入某些物种,”麻省理工学院Koch综合癌症研究所的研究科学家Ana Jaklenec说,他是一篇论文的高级作者之一这种方法出现在9月12日期的 em Advanced Materials / em期刊上。

Jaklenec及其同事开发出一种涂覆聚合物层的方法,以保护它们免受消化道中发现的酸和胆盐影响。当微生物到达肠道时,它们附着于肠内层并开始再生。

科赫第一作者科隆研究所博士后Aaron Anselmo说:“细菌被传递,它们粘附在肠壁上,它们比非包膜细菌的存活要好得多。”

Robert Langer,麻省理工学院的David H. Koch研究所教授和Koch研究所的成员,也是本文的资深作者。其他作者是博士后Kevin McHugh和技术助理Jamie Webster。

有益菌

医生有时推荐有益菌,也称为益生菌,用于患有肠病和克罗恩病等胃肠疾病的患者。然而,这些非处方益生菌补充剂可能含有不同数量的细菌,并且可能包括不再存活的细胞。此外,这些益生菌没有保护性涂层,因此它们在到达肠道之前可能会被胃中的酸性物质损伤。

麻省理工学院的研究小组决定尝试用薄层多糖或糖涂覆细菌细胞。他们选择了两种可生物降解的多糖 - 脱乙酰壳多糖和海藻酸盐,这些多糖已被用于其他口服给药技术。已知这些多糖是粘膜粘附的,这意味着它们将粘附到肠的粘膜内层。

在这项研究中,研究人员用一种称为凝结芽孢杆菌(Bacillus coagulans)的细菌菌株展示了他们的技术,该菌株有时用于治疗结肠炎和肠易激综合征。这种菌株在人类肠道中通常不存在,但通过产生乳酸有助于缓解腹痛和腹胀。

为了涂覆细菌,研究人员使用了被称为逐层封装的技术,该技术通过沉积薄的,带正电和负电的材料的交替层来实现。 em凝结芽孢杆菌 / em有一个带负电的表面,所以研究人员首先应用了一层带正电荷的壳聚糖,然后是一层负电荷的藻酸盐。他们总共应用了四层(每种多糖两种)。

“这是一个相当温和的过程,所以你不会破坏细菌,”Jaklenec说。

这导致非常薄的凝胶状涂层,其分别包封每个细菌细胞。在小鼠的试验中,研究人员发现,这种涂层可以保护细胞免受胃酸以及胆汁盐的侵害。一旦细胞到达肠道,它们就会入驻并开始复制。研究人员发现,包衣细菌的存活率比未包衣细菌高6倍。

“越来越多的科学家正在学习微生物组在许多疾病中发挥重要作用,但缺乏安全,有效和精确设计微生物组的技术工具。这项研究可能有助于这项工作,通过创造运载工具,可以更有效地将理想的益生菌安全地穿过胃酸和胆盐到达肠道,并有可能改变人类疾病,“生物医学工程副教授乔丹格林说。约翰霍普金斯大学医学院,谁没有参与研究。

口服递送

这种口服益生菌递送可以取代称为粪便移植的实验性治疗,该治疗现在处于临床试验中,以治疗可以产生严重的结肠炎症的艰难梭菌(Clostridium difficile)感染。粪便移植涉及从健康人的粪便样品中分离出有益菌并通过灌肠或结肠镜将其递送给患者。

研究人员说,对于医药用途,包被的细菌可以很容易地包装成胶囊或制成可以混入饮料中的干粉。

研究人员说,这种策略应该适用于任何种类的具有带电表面的细菌,无论是正面的还是负面的,并且还可以与其他微生物如酵母一起使用。他们现在正在努力使涂层对酸度水平敏感,这可以使它们更容易瞄准胃肠道的其他部分,如结肠。他们也有兴趣采用这种方法将微生物传送到身体的其他部位,如皮肤或口腔。

出版物:Aaron C.Anselmo等,“用于递送至微生物组的递层包裹益生菌”,Advanced Materials,2016; DOI:10.1002 / adma.201603270

来源:麻省理工学院新闻Anne Trafton