DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-63110-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40825983
تاريخ النشر: 2025-08-18
المؤلف: Wei Yu وآخرون
الموضوع الرئيسي: تغذية وصحة الرضع
طرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المواد المستخدمة في أبحاثهم، مع تسليط الضوء على مصادر مختلف الكواشف والوسائط الأساسية لتجاربهم. تم الحصول على إيثيل غالات (EG) من شنغهاي يواني للتكنولوجيا الحيوية، بينما تم الحصول على Bi(NO₃)₃•5H₂O ووسيط اللزوجة (LB) من سانغون للتكنولوجيا الحيوية. تم شراء وسائط إضافية، بما في ذلك مرق قلب الدماغ (BHI)، ومان روغوسا شارب (MRS)، واستخراج الخميرة بيبتون دكستروز (YPD) من كينغداو هوب للتكنولوجيا الحيوية. تم الحصول على كواشف بيولوجية رئيسية مثل مصل الجنين البقري (FBS) ووسيط دلبوكو المعدل (DMEM) من جيبكو، بالإضافة إلى المضادات الحيوية ومجموعات متنوعة للاختبارات والتلوين من عدة موردين.
يؤكد القسم على الطبيعة الشاملة للمواد المستخدمة، والتي تشمل مجموعة من الأجسام المضادة، ومجموعات ELISA لقياس السيتوكينات (IL-1β، TNF-α، IL-6)، ومجموعات الكشف عن الاستماتة. يبرز الاختيار الدقيق للكواشف عالية الجودة من موردين موثوقين صرامة تصميم التجربة وموثوقية النتائج التي سيتم الإبلاغ عنها في الأقسام اللاحقة من الورقة.
نتائج
في هذه الدراسة، طور الباحثون طلاء معدني-بوليفينول، يسمى EG-Bi، لتعزيز ارتباط البروبيوتيك، وبشكل خاص Lactobacillus rhamnosus GG (LGG)، بأسطح الغشاء المخاطي لتطبيقات علاجية محتملة. تم تشكيل الطلاء باستخدام حمض الإيلاجيك (EG) المستخرج من الجوز التركي وأيونات البزموت (Bi III)، وكلاهما معتمد من إدارة الغذاء والدواء للاستخدام كمواد مضافة غذائية. تم تحديد التركيزات المثلى من EG وBi(NO₃)₃•5H₂O لتكون 0.6 ملغ/مل و0.2 ملغ/مل، على التوالي، مما أدى إلى طلاء أظهر كفاءة عالية في ارتباط LGG دون التأثير سلبًا على حيوية البكتيريا. أكدت تقنيات التوصيف، بما في ذلك المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) والمجهر الذري (AFM)، تشكيل بنية سطح نانوية كثيفة بسمك حوالي 96.8 نانومتر.
أظهرت الدراسة أيضًا أن طلاء EG-Bi زاد بشكل كبير من ارتباط LGG بأسطح الغشاء المخاطي، محققًا زيادة بمقدار 9.8 مرة في استعمار البكتيريا مقارنة بالأسطح غير المزينة. بالإضافة إلى ذلك، تم التحقق من تعددية استخدام طلاء EG-Bi من خلال قدرته على تعزيز ارتباط سلالات بروبيوتيك أخرى، بما في ذلك Enterococcus faecalis وLactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus وEscherichia coli Nissle 1917، مع زيادات في الارتباط بمقدار 20.7 و30.1 و37.2 مرة، على التوالي. تشير هذه النتائج إلى أن نهج LSTC يمكن أن يسهل بشكل فعال استعمار البروبيوتيك على أسطح الغشاء المخاطي في المختبر، مما قد يحسن النتائج العلاجية للحالات المرتبطة بالالتهابات.
مناقشة
تناقش الأبحاث التكوين الناجح لطلاء علاجي ذو سطح متعدد الطبقات (LSTC) على أسطح الغشاء المخاطي، مع التركيز بشكل خاص على المسالك المهبلية والمعوية. باستخدام Lactobacillus rhamnosus GG (LGG) المعلم بـ Cy5.5 وحل يحتوي على Bi(NO₃)₃•5H₂O وإيثيلين غليكول (EG)، أظهرت الدراسة زيادة كبيرة في التصاق البكتيريا (5.9 مرة في المهبل و4.9 مرة في الأمعاء) مقارنة بالمجموعات الضابطة. أكدت التصوير الحي تشكيل LSTC بشكل فعال، مع استمرار الفلورية مما يدل على الاحتفاظ المطول للطلاء وأيونات Bi³⁺ في الغشاء المخاطي. أظهر LSTC أنه يعيد الحواجز الفيزيائية الكيميائية للمخاط عن طريق تعزيز التعبير عن بروتينات الوصل الضيق وإفراز المخاط، بالإضافة إلى تقليل النفاذية عبر الظهارة.
علاوة على ذلك، أظهر LSTC خصائص مضادة للالتهابات، مما أدى إلى تقليل كبير في مستويات السيتوكينات المؤيدة للالتهابات في نماذج البلعميات وفي الجسم الحي بعد العدوى البكتيرية. كشفت تحليل التعبير الجيني أن علاج LSTC خفض من العديد من المسارات المتعلقة بالمناعة، مما يشير إلى إمكانيته في تعديل الالتهاب المخاطي واستعادة التوازن المناعي. كما أظهر الطلاء تأثيرًا بروبيوتيكيًا من خلال تثبيط نمو مسببات الأمراض مثل Staphylococcus aureus وCandida albicans، مما أعاد توازن الميكروبيوم المهبلي. في نماذج الفئران لالتهاب المهبل الهوائي وعدوى المبيضات المهبلية، خفف LSTC بشكل فعال من الإصابة المرضية والالتهاب، مما يظهر إمكانيته العلاجية مقارنة بالمضادات الحيوية السريرية مع تعزيز التوازن الميكروبي. بشكل عام، يمثل LSTC استراتيجية واعدة لاستعادة وظائف حاجز الغشاء المخاطي ومعالجة العدوى.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-63110-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40825983
Publication Date: 2025-08-18
Author(s): Wei Yu et al.
Primary Topic: Infant Nutrition and Health
Methods
In this section, the authors detail the materials utilized in their research, highlighting the sources of various reagents and media essential for their experiments. Ethyl gallate (EG) was sourced from Shanghai Yuanye Bio-Technology, while Bi(NO₃)₃•5H₂O and lysogeny broth (LB) were obtained from Sangon Biotech. Additional media, including Brain Heart Infusion Broth (BHI), Man Rogosa Sharpe (MRS), and Yeast Extract Peptone Dextrose (YPD), were purchased from Qingdao Hope Biotechnology. Key biological reagents such as fetal bovine serum (FBS) and Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM) were acquired from Gibco, alongside antibiotics and various kits for assays and staining from multiple suppliers.
The section emphasizes the comprehensive nature of the materials used, which includes a range of antibodies, ELISA kits for cytokine measurement (IL-1β, TNF-α, IL-6), and apoptosis detection kits. The careful selection of high-quality reagents from reputable suppliers underscores the rigor of the experimental design and the reliability of the findings that will be reported in subsequent sections of the paper.
Results
In this study, the researchers developed a metal-polyphenol coating, termed EG-Bi, to enhance the attachment of probiotics, specifically Lactobacillus rhamnosus GG (LGG), to mucosal surfaces for potential therapeutic applications. The coating was formed using ellagic acid (EG) extracted from Turkish galls and bismuth (Bi III) ions, both of which are FDA-approved for use as food additives. The optimal concentrations of EG and Bi(NO₃)₃•5H₂O were determined to be 0.6 mg/ml and 0.2 mg/ml, respectively, resulting in a coating that demonstrated high efficiency for LGG attachment without adversely affecting bacterial viability. Characterization techniques, including scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM), confirmed the formation of a dense nanoparticulate surface structure with a thickness of approximately 96.8 nm.
The study further demonstrated that the EG-Bi coating significantly increased the attachment of LGG to mucosal surfaces, achieving a 9.8-fold increase in bacterial colonization compared to undecorated surfaces. Additionally, the versatility of the EG-Bi coating was validated by its ability to enhance the attachment of other probiotic strains, including Enterococcus faecalis, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus, and Escherichia coli Nissle 1917, with attachment increases of 20.7-, 30.1-, and 37.2-fold, respectively. These findings suggest that the LSTC approach could effectively facilitate the colonization of probiotics on mucosal surfaces in vitro, potentially improving therapeutic outcomes for inflammation-related conditions.
Discussion
The research discusses the successful formation of a Layered Surface Therapeutic Coating (LSTC) on mucosal surfaces, particularly focusing on the vaginal and intestinal tracts. Using Cy5.5-labeled Lactobacillus rhamnosus GG (LGG) and a solution containing Bi(NO₃)₃•5H₂O and ethylene glycol (EG), the study demonstrated a significant increase in bacterial adhesion (5.9-fold in the vagina and 4.9-fold in the intestine) compared to controls. In vivo imaging confirmed the effective formation of LSTC, with sustained fluorescence indicating prolonged retention of the coating and Bi³⁺ ions in the mucosa. The LSTC was shown to restore mucosal physicochemical barriers by enhancing tight junction protein expression and mucus secretion, as well as reducing transepithelial permeability.
Furthermore, LSTC exhibited anti-inflammatory properties, significantly reducing pro-inflammatory cytokine levels in macrophage models and in vivo following bacterial infection. Gene expression analysis revealed that LSTC treatment downregulated numerous immune-related pathways, indicating its potential to modulate mucosal inflammation and restore immune homeostasis. The coating also demonstrated a probiotic effect by inhibiting the growth of pathogens like Staphylococcus aureus and Candida albicans, thereby restoring the vaginal microbiota balance. In murine models of aerobic vaginitis and vaginal candidiasis, LSTC effectively alleviated pathological injury and inflammation, showcasing its therapeutic potential comparable to clinical antibiotics while promoting microbial homeostasis. Overall, LSTC represents a promising strategy for restoring mucosal barrier functions and addressing infections.