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益生菌存活率提升100倍!我国科学家发明“智能胶囊”破解肠道递送难题

无人机

行业应用  2025-05-09 15:30:29

【导(dǎo)语(yǔ)】中(zhōng)国(guó)海(hǎi)洋(yáng)大(dà)学(xué)研(yán)究(jiū)团(tuán)队(duì)近(jìn)期(qī)破(pò)解(jiě)了(le)医(yī)学(xué)界(jiè)长(zhǎng)期(qī)面(miàn)临(lín)的(de)难(nán)题(tí)——益(yì)生(shēng)菌(jūn)在(zài)胃(wèi)酸(suān)中(zhōng)易(yì)失(shī)效(xiào)的(de)问(wèn)题(tí)。他(tā)们(men)创(chuàng)新(xīn)研(yán)发(fā)的(de)双(shuāng)层(céng)多(duō)糖(táng)水(shuǐ)凝(níng)胶(jiāo)(DPH)智(zhì)能(néng)胶(jiāo)囊(náng),能(néng)精(jīng)准(zhǔn)在(zài)肠(cháng)道(dào)释(shì)放(fàng)益(yì)生(shēng)菌(jūn),显(xiǎn)著(zhe)提(tí)升(shēng)其(qí)存(cún)活(huó)率(lǜ)与(yǔ)生(shēng)物(wù)利(lì)用(yòng)度(dù)。这(zhè)一(yī)成(chéng)果(guǒ)不(bù)仅(jǐn)有(yǒu)望(wàng)革(gé)新(xīn)口(kǒu)服(fú)益(yì)生(shēng)菌(jūn)递(dì)送(sòng)系(xì)统(tǒng),还(hái)为(wèi)肠(cháng)道(dào)疾(jí)病(bìng)治(zhì)疗(liáo)及(jí)水(shuǐ)产(chǎn)养(yǎng)殖(zhí)等(děng)领(lǐng)域带(dài)来(lái)新(xīn)希(xī)望(wàng),相(xiāng)关研(yán)究(jiū)成(chéng)果(guǒ)已(yǐ)发(fā)表(biǎo)于(yú)国(guó)际(jì)权(quán)威(wēi)期(qī)刊(kān)《Engineering》。

益生菌存活率提升100倍!我国科学家发明“智能胶囊”破解肠道递送难题

肠(cháng)道(dào)菌(jūn)群(qún)失(shī)衡(héng)可(kě)能(néng)引(yǐn)发(fā)多(duō)种(zhǒng)疾(jí)病(bìng),但(dàn)口(kǒu)服(fú)益(yì)生(shēng)菌(jūn)常(cháng)被(bèi)胃(wèi)酸(suān)“团(tuán)灭(miè)”——这(zhè)一(yī)困(kùn)扰(rǎo)医(yī)学(xué)界(jiè)多(duō)年(nián)的(de)难(nán)题(tí),最(zuì)近(jìn)被(bèi)中(zhōng)国(guó)海(hǎi)洋(yáng)大(dà)学(xué)的(de)研(yán)究(jiū)团(tuán)队(duì)用(yòng)一(yī)把(bǎ)“化(huà)学(xué)钥(yào)匙(shi)”破(pò)解(jiě)。他(tā)们(men)研(yán)发(fā)的(de)双(shuāng)层(céng)多(duō)糖(táng)水(shuǐ)凝(níng)胶(jiāo)(DPH)如(rú)同(tóng)智(zhì)能(néng)胶(jiāo)囊(náng),在(zài)胃(wèi)酸(suān)中(zhōng)关闭(bì)防(fáng)护(hù)罩(zhào),到(dào)肠(cháng)道(dào)才(cái)精(jīng)准(zhǔn)释(shì)放(fàng)活(huó)性(xìng)益(yì)生(shēng)菌(jūn),动(dòng)物(wù)实(shí)验(yàn)显(xiǎn)示(shì)其(qí)生(shēng)物(wù)利(lì)用(yòng)度(dù)比(bǐ)传(chuán)统(tǒng)方(fāng)法(fǎ)提(tí)升(shēng)100倍(bèi),相(xiāng)关成(chéng)果(guǒ)已(yǐ)发(fā)表(biǎo)于(yú)国(guó)际(jì)期(qī)刊(kān)《Engineering》。

胃(wèi)酸(suān)“护(hù)盾(dùn)”与(yǔ)肠(cháng)道(dào)“定(dìng)时(shí)开(kāi)关”

益(yì)生(shēng)菌(jūn)需(xū)穿(chuān)越(yuè)pH值(zhí)低(dī)至(zhì)1.5的(de)胃(wèi)酸(suān)环(huán)境(jìng)才(cái)能(néng)抵(dǐ)达(dá)肠(cháng)道(dào),但(dàn)传(chuán)统(tǒng)胶(jiāo)囊(náng)要(yào)么(me)过(guò)早(zǎo)分(fēn)解(jiě),要(yào)么(me)被(bèi)消(xiāo)化(huà)酶(méi)击(jī)穿(chuān)。研(yán)究(jiū)团(tuán)队(duì)从(cóng)海(hǎi)藻(zǎo)和(hé)甲(jiǎ)壳(ké)类(lèi)生(shēng)物(wù)中(zhōng)提(tí)取(qǔ)灵(líng)感(gǎn),设(shè)计(jì)出(chū)双(shuāng)层(céng)动(dòng)态(tài)结(jié)构(gòu):内(nèi)层(céng)由(yóu)羧(suō)甲(jiǎ)基(jī)纤(xiān)维(wéi)素(sù)通(tōng)过(guò)氢(qīng)键编(biān)织(zhī)成(chéng)“防(fáng)护(hù)网(wǎng)”,外(wài)层(céng)用(yòng)氧(yǎng)化(huà)海(hǎi)藻(zǎo)酸(suān)钠(nà)交(jiāo)联(lián)羧(suō)甲(jiǎ)基(jī)壳(ké)聚(jù)糖(táng)形(xíng)成(chéng)“智(zhì)能(néng)外(wài)壳(ké)”。

在(zài)模(mó)拟(nǐ)胃(wèi)液(yè)的(de)实(shí)验(yàn)中(zhōng),DPH胶(jiāo)囊(náng)的(de)外(wài)壳(ké)遇(yù)酸(suān)迅(xùn)速(sù)吸(xī)水(shuǐ)膨(péng)胀(zhàng),形(xíng)成(chéng)物(wù)理(lǐ)屏(píng)障(zhàng),将(jiāng)益(yì)生(shēng)菌(jūn)存(cún)活(huó)率(lǜ)从(cóng)传(chuán)统(tǒng)方(fāng)法(fǎ)的(de)“全军(jūn)覆(fù)没(méi)”提(tí)升(shēng)至(zhì)85.8%;进(jìn)入(rù)肠(cháng)道(dào)后(hòu),外(wài)层(céng)动(dòng)态(tài)化(huà)学(xué)键(希(xī)夫(fu)碱(jiǎn)键)在(zài)碱(jiǎn)性(xìng)环(huán)境(jìng)中(zhōng)逐(zhú)渐(jiàn)断(duàn)裂(liè),内(nèi)层(céng)网(wǎng)格(gé)同(tóng)步(bù)打(dǎ)开(kāi),6小(xiǎo)时(shí)内(nèi)释(shì)放(fàng)90%的(de)活(huó)性(xìng)益(yì)生(shēng)菌(jūn)。这(zhè)种(zhǒng)“胃(wèi)部(bù)锁(suǒ)死(sǐ),肠(cháng)道(dào)开(kāi)闸(zhá)”的(de)递(dì)送(sòng)逻(luó)辑(ji),让(ràng)益(yì)生(shēng)菌(jūn)在(zài)48小(xiǎo)时(shí)后(hòu)仍(réng)能(néng)在(zài)动(dòng)物(wù)肠(cháng)道(dào)内(nèi)检(jiǎn)测(cè)到(dào)荧(yíng)光(guāng)标(biāo)记(jì),而(ér)传(chuán)统(tǒng)方(fāng)法(fǎ)仅(jǐn)维(wéi)持(chí)4小(xiǎo)时(shí)。

从(cóng)实(shí)验(yàn)室(shì)到(dào)临(lín)床(chuáng)的(de)“黏(nián)附(fù)革(gé)命(mìng)”

研(yán)究(jiū)团(tuán)队(duì)在(zài)小(xiǎo)鼠(shǔ)和(hé)兔(tù)子(zi)模(mó)型(xíng)中(zhōng)验(yàn)证(zhèng)了(le)DPH的(de)“黏(nián)肠(cháng)能(néng)力(lì)”:封(fēng)装(zhuāng)后(hòu)的(de)益(yì)生(shēng)菌(jūn)在(zài)肠(cháng)道(dào)黏(nián)膜(mó)的(de)附(fù)着(zhe)量(liàng)是(shì)传(chuán)统(tǒng)方(fāng)法(fǎ)的(de)10.6倍(bèi),粪(fèn)便(biàn)中(zhōng)活(huó)菌(jūn)数(shù)更(gèng)是(shì)高(gāo)出(chū)157倍(bèi)。“就(jiù)像(xiàng)给(gěi)益(yì)生(shēng)菌(jūn)穿(chuān)上(shàng)了(le)带(dài)吸(xī)盘(pán)的(de)防(fáng)护(hù)服(fú),它(tā)们(men)能(néng)牢(láo)牢(láo)贴(tiē)在(zài)肠(cháng)壁(bì),持(chí)续(xù)调(diào)节(jié)菌(jūn)群(qún)平(píng)衡(héng)。”论(lùn)文通(tōng)讯(xùn)作(zuò)者(zhě)毛(máo)相(xiāng)朝(cháo)教(jiào)授(shòu)解(jiě)释(shì)道(dào)。这(zhè)种(zhǒng)特(tè)性(xìng)在(zài)对(duì)抗(kàng)沙(shā)门(mén)氏(shì)菌(jūn)感(gǎn)染(rǎn)时(shí)尤(yóu)为(wèi)关键——使(shǐ)用(yòng)DPH递(dì)送(sòng)的(de)益(yì)生(shēng)菌(jūn),仅(jǐn)需(xū)1天(tiān)就(jiù)将(jiāng)实(shí)验(yàn)动(dòng)物(wù)粪(fèn)便(biàn)中(zhōng)的致病菌数量压至正常水平,肠道炎症因子降低80%,而传统方法几乎无效。

安全性与未来想象

针对壳聚糖可能抑制益生菌活性的担忧,团队通过分层设计将益生菌与抗菌材料物理隔离。细胞实验显示,DPH对人体成纤维细胞的存活率无影响,动物器官切片也未发现炎症损伤。目前,该技术已尝试封装蛋白质等大分子,未来或用于靶向递送胰岛素、抗癌药物。

“这项研究为口服递送系统提供了新范式。”审稿人评价称,动态交联设计可适配不同肠道环境需求,例如通过调整化学键强度控制结肠靶向释放。研究团队正探索将技术应用于水产养殖领域,试图解决养殖动物肠道菌群调控难题。

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