Медицина будущего

Как “съедобные” бактерии на чипе помогут следить за здоровьем желудка

25 мая 2018 | 15:30

Похоже, эпохе гастроскопии однажды придет конец, и людям больше не придется мучительно глотать жесткий эндоскоп. Исследователи Массачусетского технологического института (MIT) создали сенсор, оснащенный генетически модифицированными бактериями, которые помогут диагностировать желудочное кровотечение и другие желудочно-кишечные заболевания.

Новаторский подход объединяет сделанный из живых бактериальных клеток сенсор и электронику сверхнизкой мощности, которая преобразует бактериальный ответ в беспроводной сигнал, считываемый с помощью смартфона. Так, ученые создали датчики, реагирующие на гем (компонент крови), и показали, как они работают у свиней. Также команда разработала датчики, реагирующие на молекулу, которая является биологическим маркером воспаления.

«Практически в режиме реального времени мы можем обнаружить в организме биологические сигналы, предоставляя приложениям для здоровья новые диагностические возможности», — говорит Тимоти Лу, доцент MIT по электротехнике и биологической инженерии.

Инженеры MIT разработали проглатываемый датчик с бактериями, запрограммированными на определение условий окружающей среды / Фото: Lillie Paquette/MIT
Инженеры MIT разработали проглатываемый датчик с бактериями, запрограммированными на определение условий окружающей среды / Фото: Lillie Paquette/MIT

В последнее десятилетие биологи добились больших успехов в разработке бактерий, способных реагировать на такие стимулы, как загрязнители окружающей среды или маркеры болезней. Чтобы сделать их более полезными для реальных приложений, команда MIT решила объединить бактерии с электронным чипом, который мог бы преобразовать бактериальный ответ в беспроводной сигнал. По сути, бактериальные клетки упаковали в устройство и отправили на «разведку» в желудок.

Для демонстрации новшества команда сосредоточилась на диагностике желудочного кровотечения. Ученые спроектировали пробиотический штамм кишечной палочки (E. coli), которая испускает свет, сталкиваясь с гемом.

Они поместили бактерии в четыре ячейки на специально разработанном датчике с полупроницаемой мембраной. Под каждой ячейкой находится фототранзистор, который измеряет количество испускаемого бактерией света и передает беспроводной сигнал на ближайший компьютер или смартфон. Исследователи также создали приложение для Android, которое может анализировать данные.

Сам датчик представляет собой цилиндр длиной около 3,8 см. Батарея на 2,7 вольт помогает ему непрерывно работать примерно 1,5 месяцев.

Бактерии, сконструированные для обнаружения определенных молекул, помещают в четыре ячейки на миниатюрном датчике. Его прикрепляют к микропроцессору, который преобразует сенсорную информацию в беспроводной сигнал / Фото: Melanie Gonick/MIT
Бактерии, сконструированные для обнаружения определенных молекул, помещают в четыре ячейки на миниатюрном датчике. Его прикрепляют к микропроцессору, который преобразует сенсорную информацию в беспроводной сигнал / Фото: Melanie Gonick/MIT

Исследователи протестировали датчик на свиньях и показали, что он может корректно определить, присутствует ли в желудке какая-либо кровь. Они предполагают, что такой датчик можно сделать одноразовым либо сконструировать так, чтобы он оставался в пищеварительном тракте несколько дней или недель.

В настоящее время для диагностики желудочного кровотечения (например, при язве желудка) пациентам необходимо проходить эндоскопию, вводя эндоскоп через рот и пищевод.

«Этот датчик позволит избежать неприятной процедуры, просто проглотив капсулу. За относительно короткий период времени вы узнаете, произошло ли кровотечение», — говорит Марк Майми, ведущий автор исследования.

Чтобы приблизить технологию к пациентам, ученые планируют уменьшить размер датчика и изучить, как долго бактерии способны выживать в пищеварительном тракте. Они также надеются разработать датчики для других заболеваний. Уже существуют, но еще не испытаны на животных датчики, которые могут обнаружить сигнальные молекулы при болезни Крона и инфекциях ЖКТ.

Источники: Science Daily, Science.

Читайте также: Как повышенная температура помогает нам справиться с инфекциями и опухолями