توسعه کپسولی برای جمع آوری باکتری‌های روده

وجود یا عدم وجود انواع خاصی از باکتری‌های روده به همه چیز از جمله افسردگی، بیماری قلبی و حتی آسم دوران کودکی مرتبط است.تعیین غیرتهاجمی این موضوع که کدام میکروب‌ها، میکروبیوم روده انسان را تشکیل می دهد، دشوار است اما پژوهشگران دانشگاه تافتس طی مطالعه اخیرا با رهبری پژوهشگر ایرانی "حجت الله رضایی نژاد" و با کمک فناوری چاپ 3 بعدی موفق به طراحی و توسعه یک کپسول شده‌اند که این کار را ممکن می‌سازد.هنگامی که این کپسول بلعیده می‌شود می‌تواند انواع مختلف باکتری‌ها را حین عبور از دستگاه گوارش جمع‌آوری کند. هنگامی که از مدفوع خارج می‌شود، کپسول بازیابی می‌شود و محتوای آن مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرند.این کپسول دارای دو محفظه درونی است که این محفظه‌ها توسط یک غشای نیمه تراوا یا غشای با نفوذپذیری انتخابی(Semipermeable membrane) از یکدیگر جدا شده‌اند. غشای نیمه تراوا یا غشای با نفوذپذیری انتخابی گونه‌ای غشاء است که به مولکول‌ها و یون‌های مشخصی اجازه عبور می‌دهد.

میزان عبور از غشای نیمه‌تراوا، به فشار، غلظت و دمای مولکول یا یون آن سوی غشاء وابسته است. یکی از این محفظه‌ها شامل "کانال‌های میکروفلوئیدیک مارپیچی شکل"(helix-shaped microfluidic channels) است که در آن باکتری هایی که از مراحل مختلف دستگاه گوارش جمع‌آوری می‌شوند، ذخیره می‌شوند. کانال دیگر حاوی نمک کلسیم است که "جریان اسمزی"(osmotic flow) را در سراسر غشاء تولید می‌کند و باکتری‌های خارج از کپسول را به کانال‌های داخل می‌کشاند. اسمز یا گذرندگی( Osmosis) به فرایندی گفته می‌شود که طی آن حلال از طریق یک غشای نیمه تراوا از جایی که محلول رقیق‌تر است به جایی که محلول غلیظ تر است، نفوذ می‌کند.سطح روی کپسول نیز با یک پوشش حساس به pH پوشیده شده است و تا زمانی که کپسول از طریق معده عبور نکرده، حل نمی‌شود.

این پوشش سبب می‌شود تا زمانیکه کپسول وارده روده کوچک نشده باکتری جذب نکند و تنها هنگامی حل می‌شود که وارده رود کوچک شود. علاوه بر این، یک آهنربای کوچک در داخل کپسول تعبیه شده است که به آن اجازه می‌دهد  تا در یک نقطه خاص دستگاه گوارش قرار گیرد.در حال حاضر، روش‌هایی که دانشمندان از آن برای نمونه‌گیری میکروبیوم استفاده می‌کنند، آنالیز دی.ان.ای و متابولیت‌های مدفوع است بنابراین توسعه روش مذکور می‌تواند گامی بزرگ در آزمایش نمونه‌گیری میکروبیوم روده باشد.حجت الله رضایی نژاد نویسنده ارشد این مطالعه گفت: ما فناوری‌های پیشرفته‌ای برای تجزیه و تحلیل جمعیت باکتری‌ها با استفاده از توالی دی ان ای داریم، اما تا به حال هیچ راهی برای نمونه‌برداری باکتری در سراسر دستگاه گوارش به شیوه‌ای که تهاجمی نباشد موجود نبود. این قرص علاوه بر اینکه  یک روش نمونه‌برداری غیرتهاجمی است می‌تواند به ما در شناسایی و درک نقش انواع مختلف باکتری‌های روده در سلامتی و بیماری افراد کمک کند.این فناوری تاکنون با موفقیت بر روی خوک‌ها و پستانداران غیرانسان آزمایش شده است اما بررسی‌های بیشتری لازم است تا بر روی انسان‌ها آزمایش شود.یافته‌های این مطالعه در مجله "Advanced Intelligent Systems" منتشر شد.