麻省理工学院新技术推进"活体生物疗法"以治疗胃肠道疾病

人类的肠道是成千上万种细菌的家园，其中一些细菌有可能治疗各种胃肠道疾病。一些物种可能有助于对抗结肠癌，而另一些则可以帮助治疗或预防艰难梭菌等感染。开发这些"活体生物治疗剂"的障碍之一是，许多可能有益的菌种（大部分是厌氧菌）受到氧气的伤害，使得制造、储存和交付它们变得困难。

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麻省理工学院的化学工程师们现在已经表明，他们可以用一种涂层来保护这些细菌，帮助它们在制造过程中生存。

在2021年12月10日发表在《美国化学学会杂志》上的一项研究中，研究人员表明他们可以将这种涂层用于大肠杆菌的一个菌株以及另一个可能有助于消化植物淀粉的物种。他们说，这种涂层也可以应用于许多其他物种。

"我们相信这种涂层可以用来保护几乎所有感兴趣的微生物，"化学工程系雷蒙德和海伦-圣洛朗职业发展教授、新研究的资深作者Ariel Furst说。"我们认为有一些微生物可以帮助治疗各种疾病，而且我们可以保护它们进行制造和生产。"

麻省理工学院博士后Gang Fan是这项研究的主要作者。麻省理工学院本科生Pris Wasuwanich和前麻省理工学院材料研究实验室暑期学者Mariela Rodriguez-Otero也是该论文的作者。

生活在人类肠道中的大多数微生物是厌氧的，它们对氧气有不同程度的敏感性。有些可以忍受一点点氧气，而对大多数厌氧菌而言氧气是致命的。

这使得测试它们作为人类疾病治疗方法的潜力变得很困难，因为细菌需要被冻干并配制成胶囊，以便用于治疗。在这项研究中，Furst和她的同事决定尝试用一种由金属离子和称为多酚的有机化合物制成的材料来保护厌氧细菌。

当多酚类物质和金属离子被放入溶液中时，它们会形成一个二维的网格状薄片。在这项研究中，研究人员使用了对人类消费安全的铁和三种多酚，它们都被食品和药物管理局列为GRAS（一般认为是安全的）：没食子酸、单宁酸和表没食子酸，所有这些都存在于茶和其他植物产品中。

当细菌被添加到溶液中，该材料会在单个细菌细胞上自我组装成一层涂层。这种涂层在冻干和制造过程中保护细菌。研究人员表明，被包覆的细胞是健康的，能够进行正常的细胞活动，尽管它们的生长被暂时抑制了。

当暴露在酸性环境中时，例如在胃中，涂层会分解并释放细菌。研究人员用来测试涂层的菌种之一是Bacteroides thetaiotaomicron。这个物种具有专门消化碳水化合物的酶，在健康人的肠道微生物组中似乎更为丰富。然而，由于这些细菌对氧气非常敏感，因此很难研究这些细菌如果作为生物治疗剂可能如何促进健康。

具有这种保护性涂层的细菌也可以用于农业应用，如帮助农作物提高生存能力。该涂层的另一个可能的应用是用它来保护用作疫苗的微生物。卡介苗由导致结核病的微生物的活载体组成，很难生产且必须在低温下储存。Furst说，给它涂上一层保护层可以消除对冷藏的需要，使分发更容易。如果能够消除对冷藏和运输的需求，我们认为这将使很多治疗方法得到更广泛的应用。

关键词： 科学探索 麻省理工学院新技术推进"活体生物疗法"以治疗胃