p A pesquisa sobre o intestino humano e os micróbios essenciais para seu trabalho - o microbioma intestinal - cresceu muito na última década, porque os cientistas aprenderam que o sistema geral tem um impacto muito maior em nossos corpos do que se pensava. Desequilíbrios de produtos químicos produzidos no intestino, por exemplo, têm sido associados a doenças como Parkinson e Alzheimer, e até hiperatividade em crianças. Enquanto isso, os cientistas também estão trabalhando para criar melhores diagnósticos e terapias para doenças específicas do intestino, como câncer de cólon. p “O desafio é que o intestino é como uma caixa preta. Ainda não o entendemos totalmente porque é difícil de acessar e estudar, "diz Maria Eugenia Inda, Pew Postdoctoral Fellow no Departamento de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação (EECS) do MIT.

p Inda e colegas relatam uma nova abordagem para resolver esse problema no jornal Materiais Funcionais Avançados . Seu trabalho envolve o encapsulamento de bactérias vivas em um minúsculo, disco flexível de hidrogel que é ingerido. Essas bactérias, por sua vez, pode detectar compostos que podem indicar doenças. Após eventual excreção do disco, as bactérias dentro do disco podem ser analisadas para determinar o que detectaram e em quais concentrações.

p Para manter esses sensores vivos no intestino por tempo suficiente para fazer seu trabalho, em vez de ser excretado naturalmente dentro de seis a 48 horas, a equipe fez o disco magnético. Combinado com um pequeno ímã vestível, isso mantém o sistema no lugar internamente por vários dias. Tire o ímã, e o sensor com seus dados é excretado e pronto para análise.

p "Esta tecnologia emocionante oferece uma ferramenta muito necessária para ajudar a controlar e compreender os desequilíbrios de produtos químicos produzidos no trato gastrointestinal, "diz Giovanni Traverso, o Karl Van Tassel (1925) Professor de Desenvolvimento de Carreira no Departamento de Engenharia do MIT. Traverso não participou da pesquisa.

p Os autores sênior do artigo de Materiais Funcionais Avançados são Timothy Lu, um professor associado do MIT de EECS e engenharia biológica, e Xuanhe Zhao, professor de engenharia mecânica e de engenharia civil e ambiental do MIT. Lu também é afiliado ao Laboratório de Pesquisa de Materiais do MIT.

p “Desenvolvemos novos materiais macios, como os hidrogéis magnéticos, e estudamos sua mecânica extrema, como deformação e adesão no intestino. Em colaboração com o laboratório Lu, exploramos os impactos dos materiais macios nos materiais vivos e na biomedicina, "diz Zhao.

p Junto com Zhao, Lu, e Inda, outros autores são o estudante de graduação Xinyue Liu, Estudante Visitante Yueying Yang, Aluno de Graduação Shaoting Lin, Pós-doutorado Jingjing Wu, Estudante de graduação Yoonho Kim, Pós-doutorado Associado Xiaoyu Chen, e Postdoctoral Associate Dacheng Ma. Ma e Inda estão no laboratório de Lu; os outros são afiliados ao laboratório Zhao. Inda, Liu, e Yang contribuiu igualmente para o trabalho.

p Muitos desafios

p o Materiais Funcionais Avançados papel relata avanços importantes para tornar o sistema de bactérias hidrogel no intestino uma realidade. Por exemplo, os pesquisadores descrevem a melhor "receita" para o disco de hidrogel que permite não apenas fornecer um lar para os sensores bacterianos - e permitir que eles se reproduzam - mas também sobreviver aos movimentos e pressões associados ao sistema intestinal sem quebrar ou ser desalojado .

p A equipe mostrou que a bactéria pode de fato sobreviver e se desenvolver no disco de hidrogel por até sete dias. Em ratos, a bactéria detectou com sucesso o sangramento no intestino. Avançar, em um modelo do intestino humano, os cientistas mostraram que o ímã vestível mantinha o disco no lugar em vários locais diferentes, incluindo o intestino delgado e o cólon ascendente.

p As bactérias usadas no sistema foram geneticamente modificadas pelo laboratório Lu para detectar fatores associados ao sangramento. O laboratório Lu está trabalhando em uma variedade de outras bactérias geneticamente modificadas, capazes de não apenas detectar vários produtos químicos, mas também liberando terapêutica quando um problema é encontrado.

p Além dos sensores bacterianos, a equipe também incorporou ao hidrogel um minúsculo sensor eletrônico de temperatura. Este, também, trabalhado, mostrando o potencial de integração de microeletrônica e sensores vivos no sistema de hidrogel.

p Inda enfatiza a natureza colaborativa do trabalho. Os especialistas em hidrogel, como Xinyue Liu, por exemplo, teve como objetivo tornar a matriz de gel resistente o suficiente para sobreviver dentro do intestino. Os biólogos, como Inda, focado em manter as bactérias vivas dentro do disco de hidrogel. Juntos, eles desenvolveram um sistema que atingiu os dois objetivos.

p Em direção ao futuro

p Inda observa que, embora possa demorar um pouco para que o sistema seja usado em humanos, "poderia ser usado hoje em ratos de laboratório."

p Rabia Yazicigil é professora assistente no Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade de Boston. Diz Yazicigil, que não estava envolvido na pesquisa, "Ao localizar bactérias diagnósticas em regiões específicas do intestino, hipóteses e tratamentos biológicos podem ser convenientemente testados em modelos animais, por exemplo, por meio de mudanças na dieta, terapêutica, ou alteração genética do hospedeiro ou micróbios. "

p E esses testes, por sua vez, deve resultar em novos insights com aplicações para humanos.