Korkusuz bakteriler, aşırı sıcaklıklara ve pH dalgalanmalarına uyarlanmış aşırı ortamları kolonize etmiş ve çeşitli konakçılara alışmıştır. Bu türlerin çoklukları arasında, insanlara muazzam faydaları olan ve terapötik müdahaleler için sömürülebilen özel iyi bakteri kulübü bulunmaktadır.
Bununla birlikte, biyomedikal mühendisliğinde bilinen bir takma, iyi bakterilerin insan vücudundaki bir hedef bölgeye verilmesini kontrol etmektedir. Bazı yaklaşımlar, bakterilerin zamanla çözünen hidrojeller gibi sentetik materyalde kapsüllenmesini içerebilir. Ancak bu tür teslimat kısa ömürlüdür.
Yeni bir çalışmada, Teksas A&M araştırmacıları daha uzun süreler boyunca iyi bakteriler sağlayan materyaller tasarlamışlardır.
Probiyotik bakterilerin hidrojel içinde büyüdüğünü ve çoğaldıklarını keşfettiler, malzeme üzerinde basınç uygularlar ve sonunda kırılmasına neden olurlar. Böylece, hidrojelin sertliğini manipüle etmek, bakterilerin ne kadar çabuk bölündüğünü, kolonileri oluşturduğunu ve daha sonra kendilerini hidrojelden serbest bırakabilir.
Bu bulgular dergide yayınlandı ACS Uygulamalı Malzemeler ve Arayüzler.
Uygun dozlarda, iyi bakteriler, bağırsak mikrobiyomunu modüle etmek, bağışıklık tepkilerini etkileyen ve patojenlerle mücadele de dahil olmak üzere konak organizmalara çeşitli faydalar sunar. İnsan sağlığındaki probiyotiklerin en bilinen örneği, bağırsak sağlığını destekleyebilen diyet takviyeleridir. Ancak bağırsaktan farklı olarak, vücudun diğer alanlarına ulaşmak zor olabilir.
Biyomedikal Mühendislik ve Malzeme Bilim ve Mühendisliği Dairesi Doçent Dr. Taylor Ware, “Bağırsak için bir takviye alabilir veya probiyotik içeren yiyecekler yiyebilirsiniz, ancak idrar yolu enfeksiyonları için ortak bir alan olan mesanenin probiyotiklerin yutulmasıyla doğrudan ulaşılamayacağını hayal edebilirsiniz.” Dedi.
Vücudun bu ulaşılması zor alanları için, mikroorganizmalar hidrojeller, yumuşak kontakt lenslerde kullanılanlara benzer malzemeler kullanılarak verilebilir. Hidrojeller, bakterileri kapsüllemek ve yerinde probiyotik fabrikalar gibi davranmak için ideal platformlar olarak hizmet ederek bakterilerin hedef bölgedeki hidrojelde büyümesini sağlar. Bu bakteriler daha sonra hidrojelden istikrarlı bir şekilde kaçmaya başlar, ancak hızlı bir şekilde tükenir.
Ware, “Bence büyük zorluk sürekli serbest bırakıldığını düşünüyorum, yani bakterileri sadece ilgi alanına götürmekle kalmayıp, cihazı orada tutmak ve bakterileri uzun süre kontrollü bir oranda teslim etmek.” Dedi.
Mikrobiyal salım mekanizmalarını araştırmak için, araştırmacılar yumuşak hidrojellere Escherichia coli ve maya gibi farklı iyi mikroorganizmalar yerleştirdiler. Bir mikroskop altında bakıldığında bakterileri parlamak için genetik olarak değiştirdiler, araştırmacıların bakterilerin malzemeyi kolonize ederken veya serbest bırakıldıkça hidrojelde kalıp kalmadığını izlemelerine izin verdiler.
Araştırmacılar daha sonra mikrobiyal büyümeyi teşvik etmek için bakteri yüklü hidrojel ekranlı bir ortama yerleştirdiler. Belirli bir süreden sonra, büyüyen bakteri kolonilerinin hidrojelde küçük çatlaklara neden olduğunu ve sonunda çevreye kaçtığını buldular.
Ware, “Bakteriler büyüdükçe ve çoğaldıkça, çevredeki ortamlara itiyorlar ve yaptıklarında, sonunda bu malzemenin kırılmasına neden oluyorlar.” Dedi. “Tüm malzeme parçalara ayrılmaz; bunun yerine, hücrelerin yüzeye geçmesi ve kendilerini serbest bırakması için bir yol sağlayan küçük kırıklar oluşur.”
Araştırmacılar, hidrojelin mekanik özelliklerini değiştirmenin, örneğin daha sert hale getirerek bakteriyel büyümeyi ve salınmayı kontrol edebildiklerini buldular.
Ware, “Sentetik materyaller kullanarak mikroorganizmaların teslim edilmesinde yapılan çok sınırlı iş var.” Dedi. “Araştırmamız, antibiyotik kullanmadan enfeksiyonların seyrini değiştirmek için sürekli bir süre boyunca bakterileri serbest bırakabilen tıbbi cihazların geliştirilmesinde önemli bir adımdır.”
