由塔夫斯大学工程师领导的一个研究小组开发了一种3D打印药丸，可以对肠道中的细菌进行采样 - 称为微生物组 - 当它通过胃肠道（GI）时。研究人员表示，能够分析肠道中存在的细菌物种对于诊断和治疗受微生物组影响的病症具有重要意义。
据研究人员称，高级智能系统期刊中描述的3D打印药丸代表了第一个能够提供整个胃肠道微生物群体状况的非侵入性诊断工具。目前对微生物组进行取样的方法包括分析粪便DNA和代谢物，但该方法几乎没有提供远端结肠上游环境的信息，其中细菌种类可以显着变化。
该论文称，这种药丸已经过研究，可以准确鉴定细菌群体及其在体外和体内应用中的相对丰度。它已在猪和灵长类动物中进行了测试，但需要进行临床试验以确定该药是否可以常规用于人体临床护理。
超过1000种细菌可以栖息在肠道内。绝大多数这些细菌在消化和预防疾病方面具有有益的支持作用。当微生物组的自然平衡发生偏斜时，会出现称为“生态失调”的病症，其可能与炎症，感染易感性甚至癌症等其他疾病的恶化有关。研究越来越多地揭示了特定的微生物组代谢物，这些代谢物对宿主具有抗病作用的有益或保护作用。
“我们正在学习肠道微生物组在健康和疾病方面的作用。但是，我们对它的生物地理知之甚少，”塔夫斯大学工程学院电气和计算机工程教授Sameer Sonkusale说道。研究。 “这种药丸将提高我们对微生物组特征中空间分布的作用的认识，从而推动针对多种疾病和病症的新型治疗和治疗。”
避孕药比海绵更复杂。它是在具有微流体通道的3D打印机中制造的，可以对胃肠道的不同阶段进行采样。药丸表面覆盖有pH敏感涂层，因此在进入涂层溶解的小肠（绕过胃）之前，它不会吸收任何样品。半透膜隔开药丸中的两个腔室 - 一个包含吸收细菌的螺旋通道，另一个包含填充钙盐的腔室。盐室有助于在膜上产生渗透流，从而将细菌吸入螺旋通道。药丸中的小磁铁使人们可以将其固定在肠道中的某些位置，以便使用身体外部的磁铁进行更多的空间目标采样。盐室中的荧光染料有助于药丸在离开胃肠道后定位。
“该设备的设计使其非常易于使用，对测量对象造成的风险很小，但提供了大量信息，”Tufts Cummings兽医学院传染病和全球健康教授Giovanni Widmer说。 - 负责探索动物研究中药丸有效性的研究的作者。 “与其他非侵入性诊断设备相比，这就像拥有肠道健康的心电图。”
研究人员认为这项技术弥合了胃肠道诊断方面的重要空白。 “我们拥有使用DNA测序技术分析细菌种群的令人难以置信的技术，但直到现在还没有办法以非侵入性的方式在整个胃肠道中对细菌进行采样，”研究小说的博士后研究员Hojatollah Rezaei Nejad说。 3D打印在Tufts的Sonkusale实验室的应用和该研究的主要作者。 “通过非侵入性取样，这种药丸可以帮助我们更好地识别和理解不同细菌物种在健康和疾病中的作用。”
——文章发布于2019年7月25日
