Проглатываемая капсула поможет пролить свет на связь кишечника и мозга

Многопрофильная команда специалистов, состоящая из инженеров, нейробиологов, экспертов по прикладной микробиологии и физиков, делает успехи в построении платформы, которая сможет мониторировать и моделировать в режиме реального времени активность серотонина в микрофлоре кишечника.

Любой, кто испытывал ощущение «бабочек в животе» перед важным выступлением, вряд ли будет удивлен, узнав о существовании физической связи между кишечником и мозгом. Нейробиологи и специалисты от медицины так и называют ее – связь кишечник-мозг (СКМ). Лучшее понимание этой связи позволить разработать способы лечения таких неврологических расстройств, как депрессия и тревожность, а также целого ряда хронических аутоиммунных воспалительных заболеваний, например синдрома раздраженного кишечника и ревматоидного артрита. Сегодня такие заболевания диагностируются преимущественно на основе описаний пациентами своих симптомов, и именно поэтому изучение СКМ может помочь врачам в определении биомаркеров этих состояний. В случае со связью кишечник-мозг таким биомаркером может быть серотонин.

Работа специалистов из Университета Мэриленда идет в несколько этапов. Сперва команда разработала платформу, которая состоит из пористой мембраны с встроенным датчиком серотонина, – на ней можно вырастить модель слизистой оболочки кишечника. Эта разработка позволила получить доступ к высвобождаемым клетками молекулам и создать контролируемую модель кишечной микрофлоры для выполнения различных процедур без необходимости проведения инвазивных операций на людях или животных.

На втором этапе исследователи предложили способ измерения серотонина для изучения его влияния на мозг: объединив модель слизистой оболочки кишечника с моделью нервной системы рака, команда создала интерфейс кишечник-нейрон, способный оценить нейронный ответ на электрохимически обнаруживаемый серотонин. Это позволило изучить молекулярную сигнальную систему между кишечником и нервными клетками, что в дальнейшем даст возможность мониторировать функции ткани СКМ в режиме реального времени.

Наконец, на третьем этапе команда специалистов занялась созданием специальной капсулы – встроенной в чип нанолаборатории, которую можно будет напечатать на 3D-принтере, а также оценкой двух типов датчиков, помещенных на мембрану клеточных культур. Двойные датчики крайне важны для получения информации о многочисленных компонентах системы, в частности о проницаемости модели слизистой оболочки кишечника (верный признак заболевания) и о высвобождении серотонина (средство коммуникации с нервной системой).