蔡正伟
一种多细胞自组织的益生菌口服递送平台增强肠道定植
报告人:蔡正伟
所在单位:上海交通大学医学院附属瑞金医院
报告人简介:蔡正伟博士，上海交通大学医学院附属瑞金医院副研究员、硕士生导师。长期聚焦骨质疏松性防治再生材料的构筑，近五年，构建“骨原位再生材料”体系，提出“骨质疏松治疗关口前移”策略，创新发展“口服活体材料”平台，探索肠-骨轴跨器官干预机制，拓展代谢性骨病的系统性防治路径。以第一/通讯作者身份在Adv Mater、Nat Commun、Bioact Mater、Adv Sci及Adv Funct Mater等国际期刊发表SCI论文，文章累计引用3900+，H指数35。主持多项国家与省部级科研项目。担任Research、PAR及VIEW等期刊青年编委。
报告摘要:期刊名称：Nature Communications 年卷页码：2025, 16(1): 7060. DOI: 10.1038/s41467-025-62349-x 作者：Liu Hua#; Chen Zhijie#; Lin Qiaowen#; Chen Yi; Hong Liwen; Zhong Jie; Cai Zhengwei*; Wang Zhengting*; Cui Wenguo*. 研究背景：尽管益生菌在临床应用已有数百年历史，但长期疗效仍受限于其在肠道内定植能力不足。细菌个体定植需要依次经历可逆附着、不可逆粘附、微菌落形成、成熟生物膜的漫长过程，且易受胃酸、胆汁、抗生素和肠道蠕动等因素干扰，导致定植失败。近期研究显示，益生菌微菌落相较于游离菌体，具备群体感应、分化协同、结构保护等多细胞行为，但其可控培养和稳定递送始终是挑战。 研究目的：为解决传统口服益生菌定植率低的难题，本研究构建了“EMS（Express Microcolony Service）”系统，旨在设计应力松弛的双网络水凝胶基质维持和操纵3D培养体系中微菌落命运，实现高效、可运输、具持续健康效益的益生菌微菌落体系，开辟益生菌治疗的新路径。 研究发现：研究发现，相较于传统浮游状态的单个菌体，微菌落具有更优的群体感应、抗逆性和生物膜形成能力，其定植相关基因显著上调。基于此，研究团队构建了基于共价-离子双交联海藻酸水凝胶的培养-递送一体化微仓（EMS），利用其应力松弛和耐酸特性，为微菌落提供可调营养供应和细胞外基质支持，促进微菌落稳定生长。通过对不同配比双网络水凝胶基质的流变学分析、溶胀-降解实验，以及对培养初始细菌浓度和培养时间的细化研究，多维地优化出培养参数和水凝胶配方。 在体外实验中，EMS系统显著增强了益生菌对胃酸、胆盐和抗生素的抵抗力；在体内小鼠实验中，EMS递送的微菌落在盲肠和结肠的定植率分别是传统口服益生菌的89倍和52倍。此外，EMS组表现出更强的细胞粘附能力、更高的胞外多糖产生和更丰富的生物膜形成，体现出其良好的生理适应性。值得一提的是，在IBD小鼠模型中，单次口服EMS递送的大肠杆菌Nissle 1917微菌落即可显著改善肠道炎症，修复黏膜屏障，恢复肠道菌群稳态，其治疗效果可与一线药物5-ASA媲美，且无需持续服用。 研究意义：本研究不仅重塑益生菌定植理论，也提供了一个可供临床转化的新策略。通过将递送的益生菌单位“多细胞菌落化”，并借助水凝胶基质优化其生长调控与口服递送，EMS系统为口服益生菌疗法开辟了新路径，并有望应用于炎症性肠病或代谢紊乱、肿瘤等其他肠菌影响的疾病领域，该研究标志着益生菌疗法从单纯的“活菌个体补充”向“多细胞微菌落集成”的关键跨越。
