Gli ingegneri chimici hanno creato un rivestimento per i microbi che potrebbe rendere più facile l’impiego degli organismi per curare le malattie gastrointestinali.
L’intestino umano ospita migliaia di specie di batteri e alcuni di questi batteri hanno il potenziale per trattare una varietà di malattie gastrointestinali. Alcune specie possono aiutare a combattere il cancro del colon, mentre altre possono aiutare a curare o prevenire infezioni come il C. difficile .
Uno degli ostacoli allo sviluppo di questi “bioterapici viventi” è che molte delle specie che potrebbero essere utili sono danneggiate dall’ossigeno, rendendo difficile la loro produzione, conservazione e consegna. Gli ingegneri chimici del MIT hanno ora dimostrato di poter proteggere quei batteri con un rivestimento che li aiuta a sopravvivere al processo di produzione.
In uno studio apparso oggi sul Journal of American Chemical Society , i ricercatori hanno dimostrato di poter utilizzare il rivestimento su un ceppo di E. coli e su un’altra specie che può aiutare nella digestione degli amidi vegetali. Il rivestimento potrebbe essere applicato anche a molte altre specie, dicono.
“Riteniamo che questo rivestimento potrebbe essere utilizzato per proteggere praticamente qualsiasi microbo di interesse”, afferma Ariel Furst, professore di ingegneria chimica per lo sviluppo della carriera di Raymond e Helen St. Laurent e autore senior del nuovo studio. “Pensiamo che ci siano microbi là fuori che possono aiutare con una varietà di malattie e che possiamo proteggerli per la produzione e la produzione”.
Il postdoc del MIT Gang Fan è l’autore principale dello studio. Anche Pris Wasuwanich, una studentessa del MIT, e Mariela Rodriguez-Otero, una ex borsista estiva del laboratorio di ricerca sui materiali del MIT, sono autori del documento.
Rivestimento protettivo
La maggior parte dei microbi che vivono nell’intestino umano sono anaerobici e hanno vari gradi di sensibilità all’ossigeno. Alcuni possono tollerare un po’ di ossigeno, mentre per altri l’ossigeno è mortale.
Ciò rende difficile testare il loro potenziale come trattamenti per le malattie umane, perché i batteri devono essere liofilizzati e formulati in capsule per essere utilizzati terapeuticamente. In questo studio, Furst e i suoi colleghi hanno deciso di provare a proteggere i batteri anaerobici rivestendoli con un materiale composto da ioni metallici e composti organici chiamati polifenoli.
Quando i polifenoli e gli ioni metallici vengono messi in una soluzione, formano un foglio bidimensionale, simile a una griglia. Per questo studio, i ricercatori hanno utilizzato il ferro, che è sicuro per il consumo umano, e tre polifenoli che sono tutti classificati come GRAS (generalmente considerati sicuri) dalla Food and Drug Administration: acido gallico, acido tannico ed epigallocatechina (EGCG), che si trovano nel tè e in altri prodotti vegetali.
Se alla soluzione vengono aggiunti anche batteri, il materiale si autoassembla in un rivestimento sulle singole cellule batteriche. Questo rivestimento protegge i batteri durante il processo di liofilizzazione e produzione. I ricercatori hanno dimostrato che le cellule rivestite erano sane e in grado di svolgere le normali attività cellulari, sebbene la loro crescita fosse temporaneamente inibita.
Se esposto a un ambiente acido, come quello dello stomaco, il rivestimento si rompe e rilascia i batteri.
Distribuzione di batteri
Uno dei ceppi che i ricercatori hanno usato per testare il rivestimento è il Bacteroides thetaiotaomicron. Questa specie, che ha enzimi specializzati per digerire i carboidrati, sembra essere più abbondante nel microbioma intestinale delle persone sane. Tuttavia, è stato difficile studiare come questi batteri potrebbero promuovere la salute se somministrati come bioterapeutici, perché sono molto sensibili all’ossigeno.
I batteri con questo tipo di rivestimento protettivo potrebbero essere utili anche per applicazioni agricole, ad esempio contribuendo a rendere le colture più resistenti allo stress. Un’altra possibile applicazione per il rivestimento è utilizzarlo per proteggere i microbi utilizzati come vaccini. Il vaccino BCG, che consiste nella versione bovina del microbo che causa la tubercolosi, è difficile da produrre e deve essere conservato a basse temperature. Rivestirlo con uno strato protettivo potrebbe eliminare la necessità di celle frigorifere e facilitare la distribuzione, afferma Furst.
“Se potessimo eliminare la necessità di celle frigorifere e di trasporto, pensiamo che renderebbe più ampiamente disponibile molte terapie”, afferma.
