为益生菌包裹蚕丝外衣,促进肠道菌群抵御疾病癌症

为益生菌包裹蚕丝外衣,促进肠道菌群抵御疾病癌症
2021年10月21日 20:47 麻省理工科技评论

十五年前,人们提到益生菌可能还会很陌生。而今,益生菌出现在各大主打健康的品牌酸奶与饮料中。据相关数据统计,截至 2019 年,全球益生菌补充剂行业规模达 61 亿美元,中国益生菌补充剂行业规模达 42.4 亿元人民币,同比增长 18%。2020 年疫情期间,一季度我国益生菌产业销售额增速达到 20% 以上,在特殊时期 “逆势上涨”,显示了益生菌与健康相关联的市场价值。

人类消化道内生存着约 10 万亿的微生物,其中包含近 1000 多种细菌,这些统称为肠道微生物群,肠道微生物群在宿主体内发挥着重要功能,例如阻止病原体入侵,促进消化和营养吸收,合成维生素和激活免疫系统等。另外,肠道和中枢神经通过释放信号分子进行密切的交流互作,因此肠道微生物也具有影响我们大脑发育和行为的潜能。现有研究表明,肠道微生物群的紊乱与多种疾病有关,例如肥胖,阿尔茨海默氏症、炎症性肠病、糖尿病和癌症等。

(来源:Pixabay)

益生菌作为口服微生物制剂的一种,可以无侵袭性、低副作用地直接干预肠道微生物群,调节消化道微生态平衡、抑制致病菌生长和黏附、降低炎症反应等机制,对口腔疾病、胃炎、胃溃疡、肠易激综合征及炎症性肠病等进行防治。但目前口服微生物制剂存在着生物利用度低和治疗效果单一等缺点。

受到蚕茧所具有的强大保护力的启发,上海交通大学刘尽尧教授等人制作了一种由功能性纳米保护层包裹的益生菌,通过丝素蛋白包裹,细菌能够有效抵御胃酸侵蚀,从而提高药物利用率,同时其功能性涂层还可协同增强药物疗效。

联合治疗:功能涂层+益生菌,协同增强疗效

丝素蛋白因其优异的生物可降解性和生物相容性,广泛应用于伤口敷料、手术缝合线、组织工程及药物缓释等方面。其分子结构中含有大量的β-折叠结构,该结构决定了丝素蛋白体内分子的晶体含量和强度,通过控制材料内的晶体含量即可控制材料的各种材料属性,提供更优异的机械性能,更长的降解时间以及可控的药物释放速率等。

这种蛋白质可以根据不同形式需求加工成纤维、膜、凝胶、微球及多孔材料等各种形状。纳米、微米体系的丝素蛋白可以作为药物或者基因等物质的载体,帮助物质的缓慢释放从而达到控释的效果,因此纳米丝素的研究在药物递送领域中极具价值。

刘尽尧课题组通过将具有功能性的丝素蛋白转化为β-折叠结构,使其自组装到益生菌表面,在不影响益生菌活力的情况下,对其起到保护作用。

(来源:Small

通过对小鼠的实验结果显示,由于具有保护作用和药物活性,丝素纳米包覆层能够使得被包膜的细菌具有更好的生存能力,从而在小鼠肠道黏膜炎模型中表现出协同增强的治疗效果。

刘尽尧课题组此次的研究便利用简单的包衣策略,将治疗成分与益生菌相结合,从而为提高口服生物制剂的生物利用度和治疗效果提供了一个新的替代方案。

(来源:Small

益生菌研究:从食品宣传到科学新发现

刘尽尧教授对 DeepTech 表示,早期对益生菌的概念,多停留在商业食品宣传中其促进肠道的作用,这类认知有一定局限性。近年来,随着研究者对肠道菌群的研究深入,肠道菌群对人类疾病与健康的影响不断为人们所了解。

2018 年年底,益生菌在我国被列入保健食品原料目录研究专项课题,探索将益生菌原料纳入保健食品原料目录,逐步推进益生菌类保健食品备案管理。第十五届益生菌与健康国际研讨会发布了 “益生菌科学研究十大热点”,对当前益生菌科学的研究热点,对益生菌研究领域亟需破解的关键共性问题作出预判。其中,益生菌与消化道健康、免疫调节、代谢综合征等热点问题入列。

刘尽尧教授认为,作为重建肠道菌群的有效手段之一的粪菌移植(fecal microbiotatransplantation,FMT)目前还存在一些问题:粪菌成分复杂,且安全性较低,既往实验中接受粪菌移植的患者又出现过感染甚至死亡的案例。另外,灌肠的给药方式会对肠道进行物理破坏,在心理方面患者接受度也较差。

而益生菌作为新兴研究领域,以其清晰的成分,较高的安全性,受到公司以及科研高校的欢迎。但是益生菌的口服给药方式也存在一定弊端,例如肠道机制会破坏细菌活性。即使细菌安全进入到肠道,也会在 14-16 小时内被人体排出,导致其药物利用率较低。因此需要通过材料、化学方法改造益生菌,人为设计涂层保护益生菌。另外,同时通过分子设计,还可为益生菌添加额外的治疗功能。

现任上海交通大学分子医学研究院博士生导师,上海市肿瘤研究所研究员的刘尽尧目前带领的课题组研究兴趣主要包括生物医用材料、药物高效递送系统、纳米药物与转化医学。至今,刘尽尧教授近三年已以通讯作者在 Matter,Nat. Commun.(4篇),Sci. Adv.(2篇),Angew. Chem. Int. Ed.,Adv. Mater.(4篇)等期刊上发表论文 20 余篇,相关工作被Nature Communications Editors' Highlight,湖南卫视,肠•道等媒体报道。目前,其课题组借助化学、材料、生物、医学等学科背景,通过分子设计、材料制备与改性、生物技术、药物合成等手段,致力于开发肿瘤、糖尿病、肠炎、牙周炎等疾病诊断与治疗新方法和新技术。具体包括以下四个方向:基于益生菌的成像与药物递送;基于人造纳米细胞的免疫调节;精准可控的单分子纳米药物;新型生物医用高分子水凝胶。

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