به گزارش پایگاه اطلاع رسانی بنیان، میکروبیوم روده، یعنی مجموعه عظیمی از باکتری‌ها، ویروس‌ها و قارچ‌ها که در بخش‌های مختلف دستگاه گوارش زندگی می‌کنند، در سال‌های اخیر به یکی از داغ‌ترین موضوعات علوم زیستی و پزشکی تبدیل شده است. این جمعیت میکروبی نه‌تنها بر هضم غذا و جذب مواد مغذی اثر می‌گذارد، بلکه با سیستم ایمنی، متابولیسم، حتی سلامت روان و بروز بیماری‌های مزمنی مثل دیابت و سرطان نیز ارتباط تنگاتنگی دارد. با این حال، مطالعه دقیق این میکروارگانیسم‌ها به دلیل محل قرارگیری آن‌ها در بخش‌های عمیق روده همیشه یک چالش بزرگ بوده است. تا مدت‌ها، پژوهشگران تنها می‌توانستند از نمونه‌های مدفوع برای شناخت میکروبیوم استفاده کنند، روشی که تصویری کلی اما ناقص ارائه می‌دهد. چرا که میکروب‌های موجود در مدفوع عمدتاً بازتاب‌دهنده روده بزرگ هستند و آنچه در روده کوچک می‌گذرد، در این روش نادیده گرفته می‌شود.

نوآوری کپسول بلعیدنی

در همین زمینه، گروهی از پژوهشگران توانسته‌اند یک فناوری تازه معرفی کنند: کپسول بلعیدنی نمونه‌بردار. این دستگاه کوچک، به اندازه یک قرص دارویی است و پس از بلعیده شدن، در مسیر حرکت طبیعی خود در دستگاه گوارش، بدون نیاز به نیروی خارجی یا اجزای الکترونیکی پیچیده، نمونه‌هایی ارزشمند از میکروبیوم روده کوچک جمع‌آوری می‌کند. طراحی آن به گونه‌ای است که با تکیه بر شبکه‌های پرپیچ‌وخم و ساختارهای سه‌بعدی، میکروارگانیسم‌ها در شکاف‌های ریز به دام می‌افتند و به صورت ایمن تا زمان دفع از بدن حفظ می‌شوند. این نوآوری به عنوان یک پنجره تازه به دنیای ناشناخته روده کوچک عمل می‌کند و می‌تواند محدودیت‌های قدیمی در مطالعه میکروبیوم را برطرف سازد.

الهام از طبیعت

کپسول بلعیدنی جدید که با نام اختصاری CORAL شناخته می‌شود، از ساختاری الهام‌گرفته از مرجان‌های دریایی بهره می‌گیرد. مرجان‌ها به دلیل شبکه‌های متخلخل و پیچیده خود توانایی زیادی در فیلتر کردن آب و جذب مواد دارند. دانشمندان با تقلید از این معماری طبیعی، سطح داخلی کپسول را به گونه‌ای طراحی کرده‌اند که یادآور سطوح حداقل سه‌گانه (TPMS) است. این سطوح با حفره‌های منظم و در عین حال پیچیده، امکان عبور مایعات گوارشی و هم‌زمان به دام انداختن باکتری‌ها را فراهم می‌کنند.

سادگی طراحی و ایمنی

یکی از ویژگی‌های کلیدی این دستگاه، عدم استفاده از هرگونه موتور یا قطعات مکانیکی است. برخلاف ابزارهای پیشرفته‌ای که نیاز به باتری یا محرک دارند،CORAL  تنها با فرآیندهای طبیعی عبور مواد از روده کار می‌کند. این سادگی طراحی، تولید انبوه آن را مقرون‌به‌صرفه کرده و از نظر ایمنی نیز احتمال خرابی یا آسیب به دستگاه گوارش را کاهش می‌دهد. همچنین سطح بیرونی کپسول با پوششی حساس بهpH  پوشانده شده است که تا رسیدن به روده کوچک باز نمی‌شود؛ به این ترتیب، از آلودگی نمونه با اسید معده یا آنزیم‌های گوارشی جلوگیری می‌شود.

مقایسه با روش‌های سنتی

برای درک اهمیت این فناوری باید آن را با روش‌های متداول مقایسه کرد. روش سنتی نمونه‌گیری، بررسی مدفوع است. این روش ساده و ارزان است، اما تنها اطلاعاتی از انتهای دستگاه گوارش در اختیار می‌گذارد. داده‌های به‌دست‌آمده از مدفوع نمی‌توانند به‌درستی ترکیب میکروبیوم در روده کوچک را منعکس کنند، جایی که بسیاری از فرآیندهای حیاتی مانند جذب مواد مغذی و تنظیم ایمنی آغاز می‌شوند. روش دیگر، استفاده از اندوسکوپی و بیوپسی است که اگرچه امکان نمونه‌گیری مستقیم از روده را می‌دهد، اما تهاجمی، پرهزینه و همراه با خطراتی همچون خونریزی یا آسیب به بافت است. علاوه بر این، اندوسکوپی معمولاً محدود به بخش‌های بالایی روده است و دسترسی کامل به تمام طول روده کوچک را فراهم نمی‌کند. در مقابل، کپسول بلعیدنیCORAL بدون هیچ‌گونه جراحی یا ابزار تهاجمی، در طول مسیر طبیعی خود نمونه‌برداری می‌کند و در نهایت از بدن خارج می‌شود.

نمونه‌های مشابه

در سال‌های اخیر چندین نمونه دیگر از کپسول‌های بلعیدنی توسعه یافته‌اند که هرکدام مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارند. به عنوان مثال، یک نوع کپسول هوشمند برای نمونه‌برداری از کولون طراحی شده است که با پوشش چندلایه حساس به pH فعال می‌شود. این دستگاه عمدتاً روی جمع‌آوری باکتری‌های روده بزرگ تمرکز دارد و از ماده‌ای جاذب مانند هیدروژل برای ذخیره مایعات استفاده می‌کند. نمونه‌ای دیگر، کپسولی موسوم به PillSamp است که علاوه بر نمونه‌برداری از چند نقطه مختلف دستگاه گوارش، مجهز به حسگر شتاب‌سنج داخلی است. این حسگر کمک می‌کند تا موقعیت دقیق دستگاه در طول روده مشخص شود و نمونه‌ها به‌طور منطقه‌ای ثبت شوند. همچنین طراحی آن طوری است که مانع از آلودگی متقاطع بین نمونه‌ها می‌شود. در مقایسه،CORAL یک مزیت ویژه دارد: تمرکز خاص بر روده کوچک، یعنی بخشی که بیش از هر قسمت دیگری در مطالعات میکروبیوم مورد غفلت واقع شده است. نبود قطعات متحرک یا الکترونیکی پیچیده نیز تولید، هزینه و ایمنی آن را به شکل قابل‌توجهی بهبود بخشیده است.

آزمایش‌های حیوانی و نتایج

آزمایش‌های انجام‌شده روی مدل‌های حیوانی نشان داده‌اند که CORAL قادر است به‌طور ایمن از دستگاه گوارش عبور کند و در حین این فرآیند، نمونه‌هایی غنی از میکروبیوم روده کوچک به دام بیندازد. آنالیزهای مولکولی نشان داد که گونه‌هایی مثل لاکتوباسیلوس که در محیط نیمه‌اسیدی روده کوچک بهتر رشد می‌کنند، در نمونه‌های جمع‌آوری‌شده با این کپسول حضور پررنگ‌تری داشتند. این یافته‌ها تأیید می‌کند که مدفوع نمی‌تواند بازتاب دقیقی از شرایط واقعی روده کوچک ارائه دهد. از سوی دیگر، مقایسه بین نمونه‌های حاصل از CORAL و نمونه‌های مدفوع نشان داد که بسیاری از گونه‌های خاص در مدفوع اصلاً شناسایی نمی‌شوند یا حضورشان به شدت کمرنگ است. این تفاوت‌ها نشان می‌دهد که مطالعه مستقیم میکروبیوم روده کوچک می‌تواند به کشف نقش‌های ناشناخته‌ای در سلامتی و بیماری منجر شود.

مزایا و چالش‌ها

کپسول‌های بلعیدنی نظیرCORAL چند مزیت اساسی دارند. نخست اینکه امکان دسترسی به بخش‌هایی از روده کوچک را فراهم می‌کنند که تا پیش از این تقریباً دست‌نیافتنی بودند. دوم اینکه با حذف اجزای پیچیده مکانیکی یا الکترونیکی، تولید آن‌ها کم‌هزینه‌تر و ایمن‌تر می‌شود. سوم، قابلیت ارائه تصویر دقیق و منطقه‌ای از میکروبیوم، فرصتی بی‌نظیر برای شناخت بیماری‌های گوارشی یا متابولیک فراهم می‌کند. با این حال، چالش‌هایی نیز باقی مانده است. از جمله اینکه هنوز داده‌های کافی درباره ایمنی بلندمدت این دستگاه در انسان در دسترس نیست. همچنین تفاوت‌های فردی در سرعت عبور دستگاه از بخش‌های مختلف روده می‌تواند بر دقت محل نمونه‌برداری اثر بگذارد. علاوه بر این، اندازه کپسول باید طوری طراحی شود که برای همه افراد قابل بلع باشد و هیچ‌گونه انسداد یا ناراحتی ایجاد نکند.

کاربردهای پزشکی و پژوهشی

کاربردهای بالقوه این فناوری گسترده است. یکی از مهم‌ترین حوزه‌ها، بررسی بیماری‌های مرتبط با رشد غیرعادی باکتری‌ها در روده کوچک است؛ اختلالی که می‌تواند علائمی مثل نفخ، سوءهاضمه و کمبود مواد مغذی ایجاد کند. همچنین این ابزار می‌تواند برای ارزیابی اثر رژیم‌های غذایی، داروها یا مکمل‌ها بر میکروبیوم روده مورد استفاده قرار گیرد. از سوی دیگر، در تحقیقات بالینی می‌توان با کمک این کپسول‌ها، تغییرات ظریف در ترکیب میکروبیوم را قبل از آنکه علائم بالینی ظاهر شوند، شناسایی کرد. چنین اطلاعاتی می‌تواند راه را برای تشخیص زودهنگام بیماری‌های التهابی روده، سندرم روده تحریک‌پذیر یا حتی برخی سرطان‌ها هموار کند. در حوزه داروسازی نیز، کپسول‌های نمونه‌بردار می‌توانند به ارزیابی اثربخشی داروهای طراحی‌شده برای آزاد شدن در بخش‌های خاص روده کمک کنند. به این ترتیب، طراحی داروهای هدفمند دقیق‌تر و شخصی‌تر خواهد شد.

آینده فناوری

پیشرفت‌های اخیر نشان می‌دهد که کپسول‌های بلعیدنی می‌توانند جایگزینی عملی برای روش‌های قدیمی نمونه‌برداری شوند. با این حال، مسیر تا کاربرد گسترده بالینی هنوز نیازمند تحقیقات بیشتر است. آزمایش‌های انسانی باید ایمنی کامل این ابزار را ثابت کنند و پوشش‌های حساس بهpH باید به گونه‌ای بهینه شوند که در طیف وسیعی از شرایط فیزیولوژیک افراد عمل کنند.

پایان مطلب./