Бактериальные «таблетки» могут находить болезни кишечника без эндоскопа

Исследователи, чья работа опубликована в журнале ACS Sensors, представили новый тип сенсора, который может изменить подход к диагностике заболеваний желудочно-кишечного тракта. Речь идёт о миниатюрных микросферических капсулах, наполненных особыми бактериями, реагирующими на наличие крови и способными определять биомаркеры воспалительных процессов. Такие микросферы принимаются перорально и содержат магнитные частицы, благодаря которым их удобно извлекать из фекалий после прохождения через организм.

В экспериментах на мышах с моделью колита датчик уже через несколько минут после выхода из организма позволял определить признаки желудочно-кишечного кровотечения. Разработчики отмечают, что бактериальную начинку можно модифицировать под распознавание различных заболеваний кишечника. На фоне широкой распространённости колоректального рака и хронических воспалительных процессов, сопровождающихся кровотечениями и нарушением работы кишечника, технология предназначена для упрощения диагностики и частичного замещения традиционной колоноскопии, которую многие пациенты избегают из-за инвазивности и сложной подготовки.

В предыдущих экспериментах учёные создавали бактерии, реагирующие свечением на контакт с гемом — компонентом эритроцитов, указывающим на скрытое кровотечение. Однако такие сенсоры разрушались в пищеварительной среде и плохо поддавались сбору. Чтобы решить проблему, разработчики поместили чувствительные к гему бактерии вместе с магнитными частицами в гидрогелевые шарики из альгината натрия — пищевого загустителя, который образует устойчивую защитную оболочку.

Испытания показали, что гидрогель успешно защищает бактерии от имитаторов желудочного и кишечного сока, но остаётся проницаемым для гема, что позволяет сенсору оставаться активным. После прохождения микросфер через ЖКТ мышей исследователи извлекали их при помощи магнита и фиксировали световой сигнал, связанный с концентрацией гема. На обработку микросфер и анализ данных уходило около 25 минут. Интенсивность свечения увеличивалась с прогрессированием заболевания, что указывало на степень тяжести воспаления. Тесты на здоровых животных подтвердили безопасность и биосовместимость разработанных микросфер.

Хотя технология ещё не прошла клинических испытаний на людях, разработчики считают, что такая система инкапсуляции биосенсоров может использоваться для диагностики заболеваний ЖКТ и контроля эффективности терапии в динамике. Перспективность метода заключается в его неинвазивности, скорости получения результата и возможности адаптации под различные биомаркеры.