益生菌水凝胶可以治愈肠道伤口还有一些人无法接触到益生菌水凝胶可以治愈肠道伤口还有一些人无法接触到益生菌水凝胶

外部伤口,如皮肤割伤或擦伤,通常可以用简单的创可贴或较大的创面贴轻松覆盖,以保护它们并促进愈合。然而,当涉及到一些内部表面时,比如那些被黏液层覆盖的肠道,这种传统的伤口愈合材料是无效的,因为黏液阻碍了它们牢固的附着,并迅速将它们带离伤口部位。

现在,哈佛大学威斯生物启发工程研究所和约翰·a·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员已经开发出一种解决这个问题的方法,这种方法是由黏附纳米纤维制成的益生菌水凝胶,由经过工程设计的天然肠道细菌产生。水凝胶可以很容易地从细菌培养中产生,并通过注射器、喷雾和内镜技术将其作为寿命较长的自我再生“活凝胶”或寿命较短的“无细胞凝胶”应用于肠道表面,以提供密封。这项研究发表在《先进材料》杂志上。

“这种新型工程材料以其易于生产和生活可存储性,生物相容性,和mucoadhesive属性为生物活性可能是一个敲门砖伤口愈合的策略使用人类肠道内腔,“奈尔Joshi说,他是一个核心教员Wyss研究所和海副教授。“我们基本上可以对正常的非致病性大肠杆菌的纳米纤维生产分子机制进行编程,从而生产出黏度与黏液非常相似的水凝胶,并具有黏附能力;它们的模块性可以让我们调整它们,使其与胃肠道的特定部分和它们各自的粘液组成和结构相匹配。”

Joshi和其他实验室曾利用共生的大肠杆菌菌株分泌biofilm-forming纳米纤维,以及生活铸造厂的制造医药、精细化学品,或物质,可以帮助修复环境工程细菌分泌的CsgA蛋白质,这种成curli纳米纤维的细胞外环境。在过去的应用中,CsgA被修改以实现额外的酶或结构功能,例如合成药物或化学药品所需的化学反应的性能。然而,迄今为止,curli纳米纤维基材料还没有开发直接用于治疗。

“众所周知,天然产生的生物膜会阻碍伤口愈合过程,直到需要医疗从业者积极管理的程度。我们本质上砍一个核心机械生产的长期目标完全相反,生产材料,可以支持伤口愈合的环境中,由其他材料难以接近,”第一作者安娜Duraj-Thatte说,他是一个艺术与科学研究生院博士后乔希的团队。

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为了使细胞外水凝胶的形成成为可能,研究人员对大肠杆菌的一株非致病性菌株进行编程,使其合成CsgA curli蛋白的一种变体,这种变体融合到人类三叶因子(TFFs)的黏液结合区域。TFFs是由分泌粘液的细胞共同分泌的,它能保护粘膜上皮细胞免受一系列损伤,并帮助它们修复损伤。一个简单的过滤步骤可以使含有活菌的水凝胶从培养物的其他部分干净地分离出来,而无细胞凝胶需要一个额外的步骤,在这个步骤中,细菌通过简单的化学处理被杀死。duraji – thatte说:“我们认为,TFF结构域的存在使不同的curli纤维相互交联,形成一个储水网,并证明了水凝胶的确切性质取决于使用的TFF类型。”

该团队与布里格姆女子医院的Jeffrey Karp和医学讲师Yuhan Lee合作,测试了基于水凝胶中附加结构域类型的组织黏附的特异性。当TFFs出现在水凝胶上时,它们只会增强对山羊结肠组织样本的腔暴露粘膜表面的粘附。或者,当一个结构域与纤维连接蛋白结合时(纤维连接蛋白不在粘膜上,而是在结肠向外的浆膜表面),水凝胶优先粘附在结肠组织样本的浆膜一侧。

“由于水凝胶具有不同TFF领域很容易喷到组织与可控表面粘附和功能活动,我们设想他们潜在的用于内窥镜手术治疗肠道疾病,如喷涂绷带,”卡普说,他是一个医学教授布莱根妇女医院和哈佛医学院

当口服给小鼠时,含有细胞的活凝胶可以承受苛刻的pH值和胃和小肠的消化条件,到达盲肠,细菌完好无损。研究小组还发现,含有一个特定TFF结构域(TFF2)的水凝胶能增强结肠内物质的保留。“存在的细菌在凝胶长期居住生活时期的肠道有一天至少五天由于细菌的能力不断再生curli装饰着tff纤维网络,在不影响健康的老鼠在任何明显的方式,”乔希说。

“这是一个很好的例子,合成基于柔术乔希的团队花了一个主要问题是由细菌——他们创造的生物膜很难访问和删除,然后翻转问题,通过基因工程,生物膜现在基本上变成了一个治疗肠道的创可贴。Wyss主任Donald Ingber说,他是哈佛大学医学院和波士顿儿童医院血管生物学项目的血管生物学教授,同时也是海洋生物工程学教授。

这项研究的其他作者还有诺米埃-马努埃尔·多瓦尔·库尔切内、皮切特·普拉维斯肖廷特和加罗德·拉特利奇,他们都是乔希团队的成员。

这项研究由哈佛大学威斯生物工程研究所、美国国立卫生研究院和美国国家科学基金会资助。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.harvard.edu/gazette/story/2019/08/probiotic-hydrogels-heal-gut-wounds-other-bandages-cant-reach/