Bakterien-"Pillen" könnten Darmerkrankungen erkennen - ohne Endoskop
"Diese Technologie bietet ein neues Paradigma für die schnelle und nicht-invasive Erkennung von Magen-Darm-Erkrankungen"
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Schluss mit Darmspiegelungen - Forscher berichten in der Zeitschrift ACS Sensors, dass sie einen Sensor aus winzigen Mikrokügelchen entwickelt haben, die mit blutsensiblen Bakterien gefüllt sind und Marker für Magen-Darm-Erkrankungen erkennen. Die Miniatur-"Pillen" werden oral eingenommen und enthalten magnetische Partikel, die es leicht machen, sie aus dem Stuhl zu sammeln. Sobald sie von Mäusen mit Kolitis ausgeschieden wurden, wies der bakterielle Sensor innerhalb von Minuten gastrointestinale Blutungen nach. Die Forscher sagen, dass die Bakterien in dem Sensor angepasst werden könnten, um andere Darmerkrankungen zu erkennen.
Mikrokügelchen, die Magen-Darm-Erkrankungen erkennen, werden in einer Lösung suspendiert (links) und dann von einem Magneten an die Seite eines Reagenzglases gezogen (rechts), so dass Forscher sie leicht aus biologischen Proben entnehmen können.
Adapted from ACS Sensors 2025, DOI 10.1021/acssensors.5c01813
"Diese Technologie bietet ein neues Paradigma für die schnelle und nicht-invasive Erkennung von Magen-Darm-Erkrankungen", sagt Ying Zhou, einer der Mitautoren der Studie.
In den USA leiden Millionen von Menschen an Darmkrebs oder entzündlichen Darmerkrankungen, einschließlich Colitis, die zu Darmblutungen, Durchfall und Krämpfen führen kann. Die Goldstandard-Diagnose ist eine Darmspiegelung mit einem Endoskop, einem Gerät mit einer Kamera am Ende einer langen Schnur, die in den Dickdarm eingeführt wird. Trotz ihres klinischen Nutzens scheuen viele Menschen dieses Verfahren wegen der damit verbundenen Vorbereitungen und der Invasivität. Zhou, Bang-Ce Ye, Zhen-Ping Zou und Kollegen entwickeln sanftere Methoden mit Hilfe von Bakterien, die Krankheits-Biomarker wie den roten Blutkörperchenbestandteil Häm - ein Anzeichen für Darmblutungen - erkennen.
Zuvor hatten die Forscher hämempfindliche Bakterien entwickelt, die in Gegenwart von Blut aufleuchten, aber die bakteriellen Sensoren zerfallen im Verdauungssystem und sind schwer zu sammeln. In der aktuellen Studie kapselten sie ihre blutdetektierenden Bakterien und magnetischen Partikel in Natriumalginat-Kügelchen ein, einem Verdickungsmittel, das in Lebensmitteln verwendet wird. Auf diese Weise entstehen winzige Hydrogel-Mikrokugelsensoren, die nach ihrer Reise durch den Körper leicht mit einem Magneten aus den Fäkalien entfernt werden können. Erste Tests zeigten, dass das Hydrogel die Bakterien vor simulierten Verdauungsflüssigkeiten schützte, aber auch die Interaktion von Häm mit dem bakteriellen Sensor ermöglichte, so dass dieser zu leuchten begann.
Anschließend verabreichte das Team die Mikrokügelchen oral an Mausmodelle für Colitis, die von keiner Aktivität bis hin zu schweren Krankheitsstadien reichen. Nachdem die Mikrokügelchen den Magen-Darm-Trakt der Tiere durchwandert hatten, entnahmen die Forscher die Sensoren mit einem Magneten aus dem Kot und fanden sie:
- Die Reinigung der Mikrosphären und die Signalanalyse dauerten etwa 25 Minuten.
- Mit fortschreitendem Krankheitsstadium nahm die Intensität des vom Sensor erzeugten Lichts zu, was bei den Mausmodellen mit fortgeschrittener Kolitis auf mehr Häm hinwies.
- Untersuchungen an gesunden Mäusen, denen der Sensor verabreicht wurde, zeigten, dass die Mikrokugeln biokompatibel und sicher waren.
Obwohl der Sensor noch am Menschen getestet werden muss, sagen die Forscher, dass diese Methode der Verkapselung von bakteriellen Sensoren zur Diagnose von Magen-Darm-Erkrankungen und zur Überwachung von Behandlungen und Krankheitsverläufen geeignet ist.
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