在深海中，珊瑚通過復(fù)雜多孔的結(jié)構(gòu)孕育出多樣的微生物群落。如今，科學(xué)家借鑒這一自然設(shè)計(jì)，研發(fā)出一款名為 CORAL（Cellularly Organized Repeating Lattice） 的可吞服膠囊，能夠采集到來自人體小腸這一“隱秘區(qū)域”的細(xì)菌。

該膠囊由紐約大學(xué)坦登工程學(xué)院和紐約大學(xué)阿布扎比分校（NYUAD）的 Khalil Ramadi 團(tuán)隊(duì)研發(fā)，是首個(gè)被動、非侵入式獲取上消化道微生物的工具。研究成果已發(fā)表在《Device》期刊。膠囊進(jìn)入人體后，依靠消化道的自然運(yùn)動將細(xì)菌“捕獲”在其多孔結(jié)構(gòu)中，并隨體內(nèi)代謝排出體外。

長期以來，科研人員大多依賴糞便樣本研究腸道菌群，但這些樣本主要反映的是結(jié)腸中的微生物。“糞便樣本采集容易，但并不能真實(shí)反映小腸等特定部位的菌群構(gòu)成。” Ramadi指出。而小腸是人體最大的黏膜表面，富含受體、免疫細(xì)胞和神經(jīng)元，是宿主與微生物互動的關(guān)鍵場所，對代謝與免疫都有著重要作用。

研究顯示，多種疾病，包括免疫紊亂、代謝病和內(nèi)分泌疾病，可能起源于小腸的獨(dú)特菌群。NYUAD生物學(xué)助理教授 Aashish Jha 表示：“CORAL膠囊能夠捕獲過去無法觸及的小腸細(xì)菌，這為早期疾病檢測和靶向治療開辟了新途徑。”

CORAL 的設(shè)計(jì)靈感源自珊瑚的幾何結(jié)構(gòu)，采用 三重周期最小曲面（TPMS） 建模，形成迷宮般的通道網(wǎng)絡(luò)，既能有效捕捉細(xì)菌，又可安全通過消化道。與依賴磁力、機(jī)械裝置或電子元件的傳統(tǒng)采樣工具不同，CORAL 膠囊完全被動運(yùn)行，僅通過一次性 3D 打印制造，無需電池或復(fù)雜部件。其特殊涂層確保膠囊在抵達(dá)小腸后才開始采樣，從而避免胃酸干擾。

在動物實(shí)驗(yàn)中，CORAL 成功捕獲到與糞便樣本顯著不同的小腸菌群，例如富含適應(yīng)酸性環(huán)境的 乳酸桿菌（Lactobacillus），而這些菌通常在大腸中難以檢出。

這項(xiàng)研究是 Ramadi 團(tuán)隊(duì)探索“電藥學(xué)”（Electroceuticals）的一部分。他們希望通過可吞服的電學(xué)裝置而非傳統(tǒng)藥物，實(shí)現(xiàn)疾病診斷與治療，尤其是在免疫和代謝領(lǐng)域。

未來，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃將膠囊放大至常規(guī)藥片大小，并解決人體試驗(yàn)中涉及的安全性與回收方式問題，例如通過磁力定位。該團(tuán)隊(duì)正與阿布扎比衛(wèi)生部門及創(chuàng)新孵化平臺 StartAD HealthX 合作，加速技術(shù)轉(zhuǎn)化和商業(yè)化。

該論文的合作者還包括 NYUAD 的 Sadaf Usmani、Brij Bhushan、Anique Ahmad、Oraib Al-Ketan、Ahmed A. Shibl、Maylis Boitet、Heba Naser，以及同時(shí)隸屬 NYUAD 和 NYU Tandon 的 Devjoy Dev。

參考文獻(xiàn)：Passive intestinal microbiome sampling using an ingestible device with tortuous lattices,?Device?(2025).?DOI: 10.1016/j.device.2025.100904.?www.cell.com/device/fulltext/S2666-9986(25)00217-0

編輯：王洪

排版：李麗