腸道微生物組是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，充滿了寄生于我們腸道內(nèi)的細(xì)菌、病毒、真菌和寄生蟲。受飲食和環(huán)境的影響，每個(gè)人都擁有獨(dú)特的微生物組。這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)與消化系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)相互作用。為了推進(jìn)該領(lǐng)域的研究，紐約大學(xué)阿布扎比分校的一個(gè)團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種名為CORAL（細(xì)胞組織重復(fù)晶格）的3D打印膠囊，旨在在膠囊穿過消化道時(shí)收集小腸中的微生物樣本。這一新工具使研究人員能夠更好地了解腸道微生物組如何影響我們的健康。

紐約大學(xué)阿布扎比分校的研究團(tuán)隊(duì)希望探索小腸微生物組，因?yàn)閭鹘y(tǒng)上，研究依賴于糞便樣本，而糞便樣本主要代表大腸中的微生物。這使得小腸尚未被探索，盡管小腸是人體與微生物之間許多關(guān)鍵相互作用的中心。該研究的共同作者Hanan Mohammed解釋說：“腸道中的細(xì)菌群落對(duì)免疫力、新陳代謝、衰老和整體健康有著深遠(yuǎn)的影響。CORAL的潛力在于它能夠更早地發(fā)現(xiàn)疾病，追蹤治療效果，并最終開發(fā)基于微生物組的新型療法，以在平衡被打破時(shí)恢復(fù)平衡?！?/span>

用于小腸微生物采樣的CORAL膠囊的概念設(shè)計(jì)（左）以及CORAL膠囊的設(shè)計(jì)和制造（右）

CORAL：靈感來(lái)自海洋珊瑚

CORAL膠囊的研發(fā)團(tuán)隊(duì)從海洋生物中汲取靈感。該膠囊由惰性樹脂制成，其質(zhì)地與海洋珊瑚相似，由于其多孔結(jié)構(gòu)，珊瑚能夠容納各種微生物。然而，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了一個(gè)TPMS（三重周期極小曲面），旨在為CORAL捕獲細(xì)菌。3D打印技術(shù)對(duì)于完成該部件的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。根據(jù)研究報(bào)告：“在微觀尺度上制造基于TPMS的結(jié)構(gòu)極具挑戰(zhàn)性。然而，增材制造（3D打?。┘夹g(shù)的最新進(jìn)展，使得我們能夠以納米級(jí)分辨率制造出復(fù)雜、自支撐的TPMS結(jié)構(gòu)?！?/span>

CORAL由三個(gè)主要部件組成：外殼、內(nèi)核和用于固定內(nèi)核直至取出的蓋子。這種多部件設(shè)計(jì)的目的是將小腸內(nèi)容物與胃腸道的后續(xù)部分隔離開來(lái)。因此，該膠囊通過一步增材制造工藝制成。CORAL（直徑2.1毫米，長(zhǎng)8.2毫米，包括蓋子）采用投影微立體光刻(PμSL)技術(shù)在Boston MicroFab機(jī)器上制造。一步制造節(jié)省時(shí)間并降低成本。這種被動(dòng)采樣方法對(duì)于大規(guī)模研究或臨床應(yīng)用具有良好的應(yīng)用前景。

示意圖顯示CORAL中央膠囊穿過小腸組織的離體切片（左）和膠囊捕獲細(xì)菌的SEM圖像（右）。

CORAL被吞服后，會(huì)在體內(nèi)自然移動(dòng)的過程中收集微生物組樣本，直至通過糞便排出。之后，研究人員可以取出膠囊進(jìn)行分析。紐約大學(xué)阿布扎比分校的研究團(tuán)隊(duì)在離體動(dòng)物組織和活體大鼠身上對(duì)Coral進(jìn)行了測(cè)試。他們的測(cè)試報(bào)告顯示，該膠囊可在體內(nèi)安全循環(huán)?；蚍治霰砻?，Coral能夠恢復(fù)糞便樣本中經(jīng)常丟失的微生物群落，例如鏈球菌、腸球菌和短桿菌。

CORAL的簡(jiǎn)潔設(shè)計(jì)旨在最大限度地減少故障點(diǎn)，從而提升其實(shí)用性。該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃很快開始進(jìn)行患者測(cè)試?！拔覀儗ORAL視為一種新型工具，可以進(jìn)入以前無(wú)法進(jìn)入的腸道區(qū)域。在研究中，它將使科學(xué)家能夠以前所未有的細(xì)節(jié)研究小腸微生物群落。在臨床上，我們?cè)O(shè)想它能夠支持腸道相關(guān)疾病的非侵入性診斷和個(gè)性化治療策略，”共同作者Aashish Jha總結(jié)道。

編譯整理：3dnatives