Bemonstering van het darmmicrobioom met een inneembare pil

Darmmicroben hebben invloed op de menselijke gezondheid, maar er valt nog veel te leren, deels omdat ze niet gemakkelijk te verzamelen zijn. Maar onderzoekers rapporteren nu ACS Nano dat ze een inneembare capsule hebben ontwikkeld die in studies bij ratten bacteriën en andere biologische monsters vastlegde terwijl ze door het maagdarmkanaal (GI) gingen.

Momenteel verkrijgen onderzoekers darmmicroben door ontlastingsmonsters te verzamelen of door technieken zoals colonoscopie of endoscopie te gebruiken. Ontlastingsmonsters kunnen echter niet alle micro-organismen in het bovenste deel van het maagdarmkanaal vangen en ze kunnen microben uit verschillende delen van het kanaal niet gescheiden houden. Colonoscopie en endoscopie zijn invasieve procedures, die sommige patiënten afschrikt. Sarvesh Kumar Srivastava en collega’s wilden deze nadelen vermijden door een apparaat te ontwerpen dat kan worden ingeslikt en vervolgens kan worden geëlimineerd.

De onderzoekers ontwikkelden een zelf-polymeriserend reactiesysteem van poly (ethyleenglycol) diacrylaatmonomeer, ijzerchloride en ascorbinezuur – allemaal geladen in kleine holle cilinders. De cilindrische microdevices waren verpakt in miniatuurgelatinecapsules, die waren bedekt met een beschermende laag om vertering in de zure omgeving van de maag te voorkomen. Nadat ze aan ratten waren gevoerd, bleven de capsules beschermd in de maag, maar vielen ze uiteen in de meer neutrale pH van de dunne darm, waardoor de microdevices vrijkwamen. Blootstelling aan darmvloeistof veroorzaakte dat de chemische lading van de cilinders polymeriseerde, waardoor een hydrogel werd gevormd die microben en eiwitbiomarkers in zijn omgeving vasthield, net als een momentopname van de darm.

De apparaten, die geen ontsteking of toxiciteit veroorzaakten, werden vervolgens operatief verwijderd – een stap die volgens de onderzoekers in de toekomst zal worden vervangen door natuurlijke eliminatie. High-throughput sequencing-onderzoeken toonden aan dat de bacteriepopulatie die door de apparaten werd gevangen, sterk leek op die van de darm. De onderzoekers toonden ook aan dat deze kleine cilinders over een pH-bereik kunnen worden geactiveerd om biologische geneesmiddelen, zoals insuline, af te geven aan cellen in een petrischaal in de aanwezigheid van darmslijm. Deze technologie zou het begrip van de interacties tussen gastheer en microbioom kunnen vergroten, inzicht verschaffen in de progressie van geassocieerde gastro-intestinale aandoeningen en de weg vrijmaken voor gepersonaliseerde darmtherapieën, aldus het team.