腸道微生物組是一個復雜的生態(tài)系統(tǒng)，充滿了寄生于我們腸道內的細菌、病毒、真菌和寄生蟲。受飲食和環(huán)境的影響，每個人都擁有獨特的微生物組。這個生態(tài)系統(tǒng)與消化系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、神經系統(tǒng)和內分泌系統(tǒng)相互作用。為了推進該領域的研究，紐約大學阿布扎比分校的一個團隊開發(fā)了一種名為CORAL（細胞組織重復晶格）的3D打印膠囊，旨在在膠囊穿過消化道時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。

紐約大學阿布扎比分校的研究團隊希望探索小腸微生物組，因為傳統(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：“腸道中的細菌群落對免疫力、新陳代謝、衰老和整體健康有著深遠的影響。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，以在平衡被打破時恢復平衡?！?/span>

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

CORAL：靈感來自海洋珊瑚

CORAL膠囊的研發(fā)團隊從海洋生物中汲取靈感。該膠囊由惰性樹脂制成，其質地與海洋珊瑚相似，由于其多孔結構，珊瑚能夠容納各種微生物。然而，研究團隊創(chuàng)建了一個TPMS（三重周期極小曲面），旨在為CORAL捕獲細菌。3D打印技術對于完成該部件的設計至關重要。根據研究報告：“在微觀尺度上制造基于TPMS的結構極具挑戰(zhàn)性。然而，增材制造（3D打印）技術的最新進展，使得我們能夠以納米級分辨率制造出復雜、自支撐的TPMS結構。”

CORAL由三個主要部件組成：外殼、內核和用于固定內核直至取出的蓋子。這種多部件設計的目的是將小腸內容物與胃腸道的后續(xù)部分隔離開來。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8.2毫米，包括蓋子）采用投影微立體光刻(PμSL)技術在Boston MicroFab機器上制造。一步制造節(jié)省時間并降低成本。這種被動采樣方法對于大規(guī)模研究或臨床應用具有良好的應用前景。

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

CORAL被吞服后，會在體內自然移動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行分析。紐約大學阿布扎比分校的研究團隊在離體動物組織和活體大鼠身上對Coral進行了測試。他們的測試報告顯示，該膠囊可在體內安全循環(huán)?；蚍治霰砻?，Coral能夠恢復糞便樣本中經常丟失的微生物群落，例如鏈球菌、腸球菌和短桿菌。

CORAL的簡潔設計旨在最大限度地減少故障點，從而提升其實用性。該團隊計劃很快開始進行患者測試?！拔覀儗ORAL視為一種新型工具，可以進入以前無法進入的腸道區(qū)域。在研究中，它將使科學家能夠以前所未有的細節(jié)研究小腸微生物群落。在臨床上，我們設想它能夠支持腸道相關疾病的非侵入性診斷和個性化治療策略，”共同作者Aashish Jha總結道。

編譯整理：3dnatives