告別糞便樣本！紐約大學(xué)利用3D打印膠囊直接檢測小腸中隱藏的細(xì)菌

2025年9月12日，南極熊獲悉，美國紐約大學(xué)阿布扎比分校的研究人員開發(fā)了一款名為“CORAL”的可食用3D打印膠囊，可以收集小腸中的細(xì)菌樣本，比單獨(dú)的糞便測試更能清晰地了解腸道微生物群，為腸道微生物群研究帶來全新可能。

△相關(guān)研究已發(fā)表在《Device》期刊，題目為“使用具有彎曲格子的可攝入裝置進(jìn)行被動(dòng)腸道微生物組采樣”（傳送門）

受珊瑚啟發(fā)的藥丸可以捕獲微生物

這款3D打印膠囊旨在進(jìn)入消化道中通常難以通過侵入性操作研究的區(qū)域。CORAL直徑為2.1毫米，長度為8.2毫米，它結(jié)構(gòu)圍繞著一個(gè)受珊瑚礁啟發(fā)的重復(fù)性格子設(shè)計(jì)。該膠囊采用投影微立體光刻技術(shù)（PµSL），由波士頓微制造公司（BMF）的設(shè)備一次性制造完成，孔徑約為80-100 µm。當(dāng)膠囊在腸道中穿行時(shí)，這些孔隙作為捕獲陷阱，無需任何電子設(shè)備或移動(dòng)部件即可收集細(xì)菌和體液。

△用于小腸微生物采樣的CORAL膠囊概念設(shè)計(jì)

在Aashish R. Jha和Khalil B. Ramadi的帶領(lǐng)下，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)該裝置的外殼可容納約25 µL物質(zhì)，核心部分則可容納4 µL。計(jì)算機(jī)模擬顯示，螺旋狀格子結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了流動(dòng)與滯留之間的理想平衡，產(chǎn)生約30 Pa的壓差。這一壓差足以將微生物吸入膠囊內(nèi)部，同時(shí)防止它們被液體沖走。

△CORAL精準(zhǔn)采集腸道微生物組樣本

在大鼠實(shí)驗(yàn)中，膠囊經(jīng)過特殊包衣處理，僅在小腸區(qū)域才開始溶解。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物最多可吞服六粒膠囊，未出現(xiàn)任何堵塞現(xiàn)象，所有膠囊均可在排泄后通過磁鐵完整回收。腸道組織檢測表明，3D打印設(shè)備通過后未造成可見損傷。

△CORAL膠囊的體內(nèi)評估

3D打印仿生膠囊無感采樣

DNA測序結(jié)果證實(shí)，CORAL所捕獲的是糞便中缺乏的小腸微生物群落。樣本中富含厚壁菌門和乳酸桿菌等適于上腸道酸性環(huán)境的菌屬，而糞便中則更多為擬桿菌門和瘤胃球菌等典型大腸菌群。這些發(fā)現(xiàn)突顯了僅依賴糞便樣本進(jìn)行研究可能遺漏大量微生物信息。

通過從其它難以觸及區(qū)域分離微生物，CORAL提供了一種更安全、更直接研究上腸道的方法。這種設(shè)計(jì)完全基于結(jié)構(gòu)而非電子元件，意味著它具備大規(guī)模生產(chǎn)并應(yīng)用于人體的潛力。人體適用版本的尺寸將與標(biāo)準(zhǔn)膠囊藥丸類似，孔徑保持不變，但容量更大。

研究人員表示，這項(xiàng)技術(shù)有助于深入理解小腸細(xì)菌對健康、疾病乃至心理健康的影響。盡管仍需進(jìn)一步研究驗(yàn)證它在人體中的應(yīng)用，但本研究證明，一種簡單的被動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠有效揭示微生物群中難以觸及的組成部分。