水凝胶因其柔软性和易于生物相容性而易于进入医疗应用领域。

这种材料的最新用途来自哈佛大学,研究人员开发了益生菌水凝胶,可用于帮助肠道伤口愈合和促进肠道健康。

哈佛大学Wyss生物启发工程研究所和John A. Paulson工程与应用科学学院(SEAS)的研究人员开发了新的水凝胶,该团队使用细菌培养细胞生产,他们说。水凝胶由粘膜粘附纳米纤维组成,并由工程化天然肠细菌产生。

“这种新型工程生物材料具有易于生产和可储存性,生物相容性和粘膜粘合性能,可以成为人体肠腔内使用的生物活性伤口愈合策略的开门机,” Neel Joshi,一名助理说。 SEAS教授和Wyss研究所的核心教员,在一份新闻声明中。

研究人员设想医生可以使用注射器,喷雾和/或内窥镜技术将两种版本的水凝胶 - 更长寿命的自我再生“活凝胶”或寿命更短的“无细

胞凝胶” - 应用于肠道表面他们说,对肠道伤口的印章。

“我们基本上可以对非致病性大肠杆菌的正常纳米纤维生成分子机制进行编程,以生产粘度与粘液非常相似的水凝胶,并具有粘膜粘附能力,”Joshi在新闻声明中解释道。

此外,材料的“模块化可以让我们调整它们以匹配胃肠道的特定部分与他们各自的粘液成分和结构,”他说。

扩大范围

这项新研究源于Joshi和其他哈佛大学研究人员之前的工作,即使用大肠杆菌的共生菌株来制造生物膜形成纳米纤维,并作为新化学品和材料的生命基础。研究人员说,他们通过设计一种叫做CsgA的蛋白质来实现这一目标,这种蛋白质被称为CsgA,它在细胞外环境中自组装成“curli”纳米纤维。

在这些先前的申请中,研究人员修改了CsgA以实现额外的酶或结构功能,例如进行合成药物或化学品所需的化学反应。然而,研究人员说,这项新工作现在证明了基于卷曲纳米纤维的材料直接用于治疗。

为了实现这一目标并使细胞外水凝胶能够形成,Joshi的研究小组编写了肠道细菌大肠杆菌的非致病菌株,合成了CsgA curli蛋白的一种变体,该蛋白与人三叶因子(TFFs)融合。它可以与肠内的粘液结合。TFF由产生粘液的细胞共同分泌,以保护肠道中发现的粘膜上皮并帮助它们修复损伤。

他们说,研究人员使用简单的过滤技术,将含活细菌的水凝胶与其他培养物清洁分离。为了制造寿命较短的无细胞凝胶,该团队采用了一个额外的步骤,通过简单的化学处理来杀死细菌。

研究人员认为TFF领域是允许水凝胶在肠内完成工作的关键,Joshi团队的博士后研究员Anna Duraj-Thatte在一份新闻声明中表示。

“我们认为TFF结构域的存在使得不同的卷曲纤维能够相互交联并形成储水网,并证明确切的水凝胶特性取决于所用TFF的类型,”她说。

研究人员发表了一篇论文,概述了他们在Advanced Materials杂志上的工作。

测试指向使用

科学家与波士顿布莱根妇女医院的研究人员合作,测试其水凝胶组织粘附的特异性。他们发现含有TFF的水凝胶仅增强了对山羊结肠组织样品的管腔暴露的粘膜表面的粘附。

或者,当一种材料显示出与纤维连接蛋白结合时 - 这种蛋白质在粘膜上没有发现,但在结肠外向的浆膜表面上发现 -​​ 水凝胶显示出优先粘附在结肠组织样本的浆膜侧。研究人员说。

Joshi的团队还测试了水凝胶在口服小鼠时的表现。研究人员发现,在这些测试中,含有细胞的活凝胶可以承受胃和小肠的苛刻pH和消化条件,并在细菌完整的情况下到达盲肠。另一个结果显示带有一个特定TFF结构域TFF2的水凝胶增强了结肠中材料的保留。

基于这些结果,研究人员设想在内窥镜手术中使用水凝胶治疗肠道疾病,类似于喷雾绷带,他们说。