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La recherche sur l’intestin humain et les microbes qui en sont la clé a connu un essor considérable au cours de la dernière décennie, car les scientifiques ont appris que l’ensemble de ce système biologique a un impact beaucoup plus important sur notre organisme qu’on ne le pensait auparavant.

Sonder l’intestin

Les déséquilibres des substances chimiques produites dans l’intestin, par exemple, ont été associés à des maladies telles que la maladie de Parkinson, la maladie d’Alzheimer, et même à l’hyperactivité chez les enfants. Parallèlement, les scientifiques s’efforcent de créer de meilleurs diagnostics et thérapies pour les maladies spécifiques à l’intestin, comme le cancer du côlon.

« Le défi est que l’intestin est comme une boîte noire. Nous ne le comprenons pas encore totalement car il est difficile d’y accéder et de l’étudier », explique Maria Eugenia Inda, titulaire d’une bourse postdoctorale au MIT.

Inda et ses collègues présentent une nouvelle approche pour résoudre ce problème. Leur travail consiste à encapsuler des bactéries vivantes dans un minuscule disque flexible d’hydrogel qui est ingéré.

Ces bactéries, à leur tour, peuvent détecter des composés qui pourraient indiquer une maladie. Après l’excrétion éventuelle du disque, les bactéries qu’il contient peuvent être analysées pour déterminer ce qu’elles ont détecté et à quelles concentrations.

Pour que ces capteurs vivants restent dans l’intestin suffisamment longtemps pour faire leur travail, au lieu d’être naturellement excrétés dans les six à 48 heures, l’équipe a rendu ce disque magnétique. Associé à un petit aimant portable, il permet de maintenir ce système en place dans l’organisme pendant plusieurs jours. Il suffit d’enlever l’aimant pour que le capteur et ses données soient excrétés et prêts à être analysés.

Un hydrogel magnétique contenant des bactéries

« Nous avons mis au point de nouveaux matériaux souples, tels que les hydrogels magnétiques, et étudié leur mécanique extrême, comme la déformation et l’adhésion dans l’intestin. En collaboration avec le laboratoire de Timothy Lu, nous avons exploré l’impact des matériaux mous sur les matériaux vivants et la biomédecine », explique Xuanhe Zhao.

L’équipe a montré que les bactéries pouvaient effectivement survivre et se développer dans ce disque d’hydrogel pendant sept jours. Chez la souris, les bactéries ont réussi à détecter les saignements dans l’intestin. En outre, dans un modèle d’intestin humain, les scientifiques ont montré que l’aimant portable maintenait le disque en place à plusieurs endroits différents, notamment dans l’intestin grêle et le côlon ascendant.

Les bactéries utilisées dans le système ont été génétiquement modifiées par le laboratoire de Lu pour détecter les facteurs associés aux saignements. Le laboratoire de Lu travaille sur une variété d’autres bactéries génétiquement modifiées capables non seulement de détecter plusieurs produits chimiques, mais aussi de libérer des produits thérapeutiques lorsqu’un problème est rencontré.

Outre les capteurs bactériens, l’équipe a également incorporé dans l’hydrogel un minuscule capteur de température électronique. Ce capteur a également fonctionné, démontrant ainsi le potentiel d’intégration de la microélectronique et des capteurs vivants dans ce système d’hydrogel.

Vers l’avenir

Inda note que si l’utilisation de ce système chez l’homme peut prendre un certain temps, « il pourrait être utilisé dès aujourd’hui sur des souris de laboratoire ».

Selon Rabia Yazicigil professeur adjoint, qui n’a pas participé à cette recherche, « en localisant les bactéries de diagnostic dans des régions spécifiques de l’intestin, les hypothèses biologiques et les traitements peuvent être facilement testés dans des modèles animaux. Par exemple, par le biais d’un changement de régime alimentaire, d’une thérapie ou d’une modification génétique de l’hôte ou des microbes. » Et ces tests, à leur tour, devraient aboutir à de nouvelles connaissances avec des applications pour les humains.

Cette recherche a été publiée dans Advanced Functional Materials.

Source : MIT
Crédit photo : iStock

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