Колоноскопия, подвинься: в журнале ACS Sensors исследователи сообщили о разработке датчика из крошечных микросфер, наполненных бактериями, которые реагируют на кровь и выявляют маркеры заболеваний желудочно-кишечного тракта. Миниатюрные «таблетки», принимаемые перорально, содержат магнитные частицы, которые позволяют легко собирать их из кала.
После выведения из организма мышей с колитом бактериальный датчик в течение нескольких минут выявлял желудочно-кишечное кровотечение. По словам исследователей, бактерии в датчике можно адаптировать для выявления других заболеваний кишечника. «Эта технология открывает возможности для быстрого и неинвазивного выявления заболеваний желудочно-кишечного тракта», — говорит Ин Чжоу, соавтор исследования.
Миллионы людей по всему миру страдают от колоректального рака или воспалительных заболеваний кишечника, в том числе от колита, который может вызывать кишечные кровотечения, диарею и спазмы. Золотым стандартом диагностики является колоноскопия с использованием эндоскопа — устройства с камерой на конце длинного шнура, который вводится в толстую кишку.
Несмотря на клиническую ценность этого метода, многие люди избегают его из-за необходимости подготовки и инвазивности процедуры. Чжоу и его коллеги разрабатывают более щадящие методы с использованием бактерий, которые распознают биомаркеры заболеваний, такие как гем — компонент красных кровяных телец, указывающий на кишечное кровотечение.
Ранее исследователи разработали бактерии, чувствительные к гему, которые светятся в присутствии крови, но такие бактериальные датчики разрушаются в пищеварительной системе, и их трудно собрать. В текущем исследовании ученые поместили бактерии, чувствительные к гему, и магнитные частицы в шарики из альгината натрия — загустителя, используемого в пищевой промышленности.
В результате были созданы крошечные гидрогелевые микросферные датчики, которые можно легко извлечь из фекалий с помощью магнита после того, как они пройдут через организм. Первые тесты показали, что гидрогель защищает бактерии от воздействия имитаторов пищеварительных жидкостей, но при этом позволяет гему взаимодействовать с бактериальным сенсором, заставляя его светиться.
Затем команда ввела микросферы перорально мышам с моделью колита, которая отражает степень тяжести заболевания — от отсутствия до тяжёлых стадий. После того как микросферы прошли через желудочно-кишечный тракт животных, исследователи извлекли датчики из фекалий с помощью магнита и обнаружили:
- Очистка микросфер и анализ сигнала заняли около 25 минут.
- По мере прогрессирования заболевания интенсивность света, излучаемого датчиком, увеличивалась, что указывало на повышенное содержание гема у мышей с запущенной формой колита.
- Исследования на здоровых мышах, которым был введён датчик, показали, что микросферы биосовместимы и безопасны.
Хотя датчик ещё предстоит протестировать на людях, исследователи утверждают, что метод инкапсуляции бактериальных датчиков может применяться для диагностики заболеваний желудочно-кишечного тракта, а также для мониторинга лечения и прогрессирования заболевания.
[Фото: аdapted from ACS Sensors 2025, DOI 10.1021/acssensors.5c01813]
