La investigación sobre el intestino humano y los microbios clave para su trabajo, el microbioma intestinal, ha experimentado un auge durante la última década porque los científicos han aprendido que el sistema en general tiene un impacto mucho mayor en nuestros cuerpos de lo que se pensaba anteriormente. Desequilibrios de productos químicos producidos en el intestino, por ejemplo, se han relacionado con enfermedades como el Parkinson y el Alzheimer, e incluso hiperactividad en los niños. Mientras tanto, Los científicos también están trabajando para crear mejores diagnósticos y terapias para enfermedades específicas del intestino, como el cáncer de colon.

"El desafío es que el intestino es como una caja negra. Todavía no lo entendemos completamente porque es difícil de acceder y estudiar, "dice María Eugenia Inda, becario postdoctoral Pew en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación (EECS) del MIT.

Inda y sus colegas informan un nuevo enfoque para resolver ese problema en la revista Materiales funcionales avanzados . Su trabajo consiste en encapsular bacterias vivas en una pequeña Disco flexible de hidrogel que se ingiere. Esas bacterias Sucesivamente, puede detectar compuestos que podrían indicar enfermedad. Después de la eventual excreción del disco, las bacterias dentro del disco se pueden analizar para determinar qué han detectado y en qué concentraciones.

Para mantener estos sensores vivos en el intestino el tiempo suficiente para hacer su trabajo, en lugar de excretarse naturalmente en un plazo de seis a 48 horas, el equipo hizo el disco magnético. Combinado con un pequeño imán portátil, esto mantiene el sistema en su lugar internamente durante varios días. Quita el imán y el sensor con sus datos se excreta y está listo para su análisis.

"Esta emocionante tecnología ofrece una herramienta muy necesaria para ayudar a controlar y comprender los desequilibrios de las sustancias químicas producidas en el tracto gastrointestinal, "dice Giovanni Traverso, Karl Van Tassel (1925), profesor de desarrollo profesional en el Departamento de Ingeniería del MIT. Traverso no participó en la investigación.

Los autores principales del artículo de Materiales funcionales avanzados son Timothy Lu, un profesor asociado del MIT de EECS e ingeniería biológica, y Xuanhe Zhao, profesor del MIT de ingeniería mecánica y de ingeniería civil y medioambiental. Lu también está afiliado al Laboratorio de Investigación de Materiales del MIT.

"Desarrollamos nuevos materiales blandos como los hidrogeles magnéticos y estudiamos su mecánica extrema, como la deformación y la adhesión en el intestino. En colaboración con el laboratorio Lu, exploramos los impactos de los materiales blandos en los materiales vivos y la biomedicina, "dice Zhao.

Junto con Zhao, Lu, e Inda, otros autores son la estudiante de posgrado Xinyue Liu, Estudiante visitante Yueying Yang, Estudiante de posgrado Shaoting Lin, Becario postdoctoral Jingjing Wu, Estudiante de posgrado Yoonho Kim, Asociado postdoctoral Xiaoyu Chen, y el asociado posdoctoral Dacheng Ma. Ma e Inda están en el laboratorio de Lu; los demás están afiliados al laboratorio de Zhao. Inda, Liu, y Yang contribuyó igualmente al trabajo.

Muchos desafíos

los Materiales funcionales avanzados El artículo informa de importantes avances para hacer realidad el sistema de hidrogel-bacterias en el intestino. Por ejemplo, Los investigadores describen la mejor "receta" para el disco de hidrogel que le permite no solo proporcionar un hogar para los sensores bacterianos, y permitirles reproducirse, sino también sobrevivir a los movimientos y presiones asociadas con el sistema intestinal sin romperse o desprenderse. .

El equipo demostró que las bacterias podían sobrevivir y prosperar en el disco de hidrogel hasta por siete días. En ratones, las bacterias detectaron con éxito el sangrado en el intestino. Más lejos, en un modelo del intestino humano, los científicos demostraron que el imán portátil mantenía el disco en su lugar en varios lugares diferentes, incluyendo el intestino delgado y el colon ascendente.

Las bacterias utilizadas en el sistema fueron diseñadas genéticamente por el laboratorio Lu para detectar factores asociados con el sangrado. El laboratorio de Lu está trabajando en una variedad de otras bacterias modificadas genéticamente capaces de no solo detectar múltiples sustancias químicas, pero también liberando terapias cuando se encuentra un problema.

Además de los sensores bacterianos, el equipo también incorporó al hidrogel un diminuto sensor de temperatura electrónico. Ese, también, trabajó, mostrando el potencial para integrar tanto la microelectrónica como los sensores vivos en el sistema de hidrogel.

Inda enfatiza la naturaleza colaborativa del trabajo. Los expertos en hidrogel como Xinyue Liu, por ejemplo, destinado a hacer que la matriz de gel sea lo suficientemente resistente para sobrevivir dentro del intestino. Los biólogos, como Inda, enfocado en mantener viva la bacteria dentro del disco de hidrogel. Juntos desarrollaron un sistema que logró ambos objetivos.

Hacia el futuro

Inda señala que, si bien puede llevar un tiempo que el sistema se use en humanos, "podría utilizarse hoy en día en ratones de laboratorio".

Rabia Yazicigil es profesora asistente en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad de Boston. Dice Yazicigil, que no participó en la investigación, "Al localizar bacterias de diagnóstico en regiones específicas del intestino, Las hipótesis y tratamientos biológicos se pueden probar convenientemente en modelos animales, por ejemplo, a través del cambio dietético, terapéutica, o alteración genética del huésped o microbios ".

Y esas pruebas Sucesivamente, debería dar lugar a nuevos conocimientos con aplicaciones para los seres humanos.