Un progetto di ricerca condotto dalla Tufts University ha sviluppato una pillola stampata in 3D in grado di campionare i batteri presenti nell’intestino ovvero il microbioma

TUFTS UNIVERSITY SVILUPPA PILLOLE STAMPATE IN 3D CHE POSSONO AIUTARE A CREARE TRATTAMENTI PER LE MALATTIE INTESTINALI

Un progetto di ricerca condotto dalla Tufts University ha sviluppato una pillola stampata in 3D in grado di campionare i batteri presenti nell’intestino (noto anche come microbioma) mentre passa attraverso il tratto gastrointestinale quando ingerito. Profilando le specie batteriche situate all’interno dell’intestino, i ricercatori possono aumentare la comprensione delle condizioni e delle malattie correlate al microbioma intestinale che potrebbero rivelarsi significative.

Come descritto in uno studio pubblicato sulla rivista Advanced Intelligent Systems , la pillola stampata in 3D è considerata il primo strumento diagnostico non invasivo in grado di fornire un profilo delle popolazioni di microbiomi nel tratto gastrointestinale., Secondo i ricercatori. I metodi attualmente utilizzati per campionare il microbioma riguardano principalmente le procedure invasive di analisi del DNA e dei metaboliti fecali. Questi metodi possono talvolta rivelarsi inefficaci e imprecisi, fornendo poche informazioni in aree in cui le specie batteriche possono variare in modo significativo.

“Abbiamo tecnologie avanzate per analizzare le popolazioni batteriche utilizzando il sequenziamento del DNA, ma fino ad ora non abbiamo avuto modo di campionare i batteri in tutto il tratto gastrointestinale in modo non invasivo”, ha commentato Hojatollah Rezaei Nejad, un collega post-dottorato che studia nuove applicazioni di stampa 3D presso Tufts e autore principale dello studio.

“CAMPIONANDO IN MODO NON INVASIVO, QUESTA PILLOLA POTREBBE AIUTARCI A IDENTIFICARE E COMPRENDERE MEGLIO IL RUOLO DELLE DIVERSE SPECIE BATTERICHE INTESTINALI NELLA SALUTE E NELLE MALATTIE.”

La pillola è stata stampata in 3D con canali microfluidici, dandogli la possibilità di campionare diverse fasi del tratto gastrointestinale. Sulla superficie della pillola è presente un rivestimento sensibile al pH, che impedisce alla pillola di assorbire i campioni fino a quando non bypassa lo stomaco ed entra nell’intestino tenue, dove il rivestimento si dissolve. Due camere nella pillola sono separate da una membrana semipermeabile. Una delle camere contiene canali elicoidali che assorbono i batteri, mentre l’altra è piena di sale di calcio. La camera del sale aiuta a trascinare i batteri nei canali elicoidali in un processo noto come osmosi.

Inoltre, è stato implementato un piccolo magnete all’interno della pillola, che consente l’uso di un magnete dall’esterno del corpo per controllarlo. La pillola può quindi essere spostata e mantenuta in punti specifici nell’intestino per un campionamento più mirato spazialmente. “Il design di questo dispositivo lo rende incredibilmente facile da usare, presentando scarsi rischi per la materia e fornendo così tante informazioni”, ha spiegato Giovanni Widmer, professore di malattie infettive e salute globale presso la Cummings School of Veterinary Medicine presso la Tufts University.

La pillola stampata in 3D è stata messa a dura prova dai ricercatori Tufts, sia in vitro che in vivo. Con i loro risultati, i ricercatori hanno concluso che la pillola è in grado di fornire un’accurata identificazione delle popolazioni batteriche e della loro relativa abbondanza. Tuttavia, finora è stato testato solo su suini e primati. Sono necessari studi clinici per determinare se la pillola stampata in 3D può essere utilizzata nell’uomo per le cure cliniche di routine.

Oltre 1.000 specie di batteri sono presenti in un intestino sano, sebbene la maggior parte di essi fornisca benefici digestivi e protezione contro le malattie. Tuttavia, è possibile disturbare il naturale equilibrio del microbioma, che può causare infiammazione, suscettibilità alle infezioni e esacerbazione di altre malattie come il cancro. La pillola stampata in 3D ha il potenziale per svolgere un ruolo importante nella ricerca che studia i metaboliti specifici del microbioma che hanno effetti benefici o protettivi contro le malattie.

“Stiamo imparando molto sul ruolo del microbioma intestinale nella salute e nelle malattie. Tuttavia, sappiamo molto poco della sua biogeografia ”, ha aggiunto Sameer Sonkusale, professore di ingegneria elettrica e informatica presso la School of Engineering della Tufts University e corrispondente autore dello studio.

“LA PILLOLA MIGLIORERÀ LA NOSTRA COMPRENSIONE DEL RUOLO DELLA DISTRIBUZIONE SPAZIALE NEL PROFILO DEL MICROBIOMA PER FAR AVANZARE NUOVI TRATTAMENTI E TERAPIE PER UNA SERIE DI MALATTIE E CONDIZIONI.”

Sebbene la pillola possa rivelarsi significativa come strumento diagnostico non invasivo, non è il primo caso in cui la stampa 3D è stata utilizzata per produrre pillole con vantaggi unici in medicina e salute.

Nel dicembre 2018, è stato avviato un progetto presso il Massachusetts Institute of Technology (MIT) in cui i ricercatori hanno sviluppato una pillola stampata in 3D che ha raccolto dati dall’interno dello stomaco di una persona. Le pillole sono progettate per rimanere nello stomaco per oltre un mese, rilevando lo sviluppo dell’infezione o la risposta del corpo ai farmaci e persino somministrando farmaci terapeutici.

Un team di ricerca presso la St. John’s University di New York, d’altra parte, ha progettato e testato compresse stampate in 3D volte a scoraggiare i tossicodipendenti dagli oppioidi. Le compresse termoplastiche sono stampate in 3D a forma di uovo, il che rende difficile l’uso improprio di farmaci soggetti a prescrizione medica.

FabRx , un’azienda spinout dell’UCL che cerca di commercializzare medicinali e dispositivi stampati in 3D, ha anche sviluppato le proprie pillole stampate in 3D . La società sta lavorando a un progetto di collaborazione per commercializzare hardware e materiali per stampanti 3D in grado di produrre medicinali personalizzati per il consumo umano. Il Consiglio di strategia tecnologica del governo britannico Innovate UK ha concesso oltre £ 650.000 al progetto in questione.

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