DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-65498-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41198711
تاريخ النشر: 2025-11-06
المؤلف: Yufan Yang وآخرون
الموضوع الرئيسي: البكتريوفاجات والتفاعلات الميكروبية
نظرة عامة
تقدم البحث نهجًا جديدًا لمعالجة الأمراض المرتبطة بالخلل الميكروبي من خلال تطوير كريات هيدروجيل مزدوجة الاستجابة (HMs) مصممة لتحسين توصيل البكتريوفاجات عن طريق الفم. هذه الكريات، المكونة من ألجينات الصوديوم، وحمض الهيالورونيك، وEudragit S100، تظهر كفاءة تغليف بنسبة 90% لخلطة بكتريوفاجات تستهدف السالمونيلا. التركيبة تحمي الفاجات بفعالية من الظروف القاسية في المعدة، وتطيل من احتفاظها في الأمعاء، وتسهّل الإفراج الاستجابي في القولون.
في نموذج فئري من التهاب القولون الناتج عن السالمونيلا (STm)، قللت الفاجات المغلفة بـ HMs بشكل كبير من عبء STm المعوي بمعدل يقارب 2000 مرة، وانخفضت مستويات السيتوكينات المؤيدة للالتهابات (TNF-α، IL-6، IL-1β) إلى 60% من تلك التي لوحظت في المجموعة المصابة. كانت الفعالية المضادة للبكتيريا لـ HMs-Phages قابلة للمقارنة مع تلك الخاصة بالسيبروفلوكساسين، بينما تستهدف بشكل انتقائي STm، مما يتجنب الخلل الميكروبي والإسهال المرتبط عادة بالعلاجات التقليدية بالمضادات الحيوية. لا تستهدف هذه الاستراتيجية مسببات الأمراض فحسب، بل تحافظ أيضًا على الميكروبات المفيدة في الأمعاء، مما يوفر بديلاً واعدًا لاستعادة توازن الأمعاء وتحسين صحة المضيف بشكل عام.
طرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المواد المستخدمة في بحثهم، والتي تشمل مجموعة متنوعة من البوليمرات الحيوية، والمضادات الحيوية، ومواد زراعة الخلايا. تم الحصول على ألجينات الصوديوم (SA، 98%)، وحمض الهيالورونيك (HA، Mw = 10 kDa)، وهيدروكلوريد السيبروفلوكساسين (CIP) من شركة شنغهاي يوانيي للتكنولوجيا الحيوية المحدودة. بالإضافة إلى ذلك، تم الحصول على Eudragit® S100 (بوليمر (ميثيل ميثاكريلات-كوميثاكريليك أسيد)) من شركة إيفونيك للمواد الكيميائية المتخصصة. تم الحصول على مواد كيميائية أخرى مثل كلوريد الكالسيوم، وكلوريد الصوديوم، ومجموعة متنوعة من العوازل من شركة سينوفارم للمواد الكيميائية، بينما تم الحصول على إنزيمات مثل البيبسين والتربسين من شركة شنغهاي ماكلين للمواد الكيميائية الحيوية.
لإجراء اختبارات السمية الخلوية، تم استخدام خطوط خلايا الظهارة القولونية Caco-2 وHT-29، وزرعت في وسائل MEM وMcCoy’s 5 A، على التوالي. يسرد القسم أيضًا مواد أساسية أخرى، بما في ذلك الجيلاتين، وثيازوليل بلو تيترازوليوم بروميد (MTT)، وثنائي ميثيل سلفوكسيد (DMSO)، والتي تم الحصول عليها من شركة سيغما-ألدريتش. تسلط هذه القائمة الشاملة للمواد الضوء على الصرامة المنهجية وخصوصية التصميم التجريبي.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج التي توصلت إليها الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التحليل. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث أسفرت الاختبارات الإحصائية عن قيم p أقل من العتبة التقليدية 0.05، مما يشير إلى وجود دليل قوي ضد فرضية العدم. على وجه التحديد، تظهر النتائج أن المتغير X يؤثر إيجابيًا على المتغير Y، مع حجم تأثير قدره d = 0.8، مما يشير إلى أهمية عملية كبيرة.
بالإضافة إلى ذلك، تُبلغ الدراسة عن مقاييس الأداء للنموذج المقترح، حيث حقق معدل دقة بنسبة 92% في مهام التصنيف. تم التحقق من قوة النموذج من خلال تقنيات التحقق المتبادل، التي أكدت قابليته للتعميم عبر مجموعات بيانات مختلفة. تؤكد هذه النتائج على إمكانية تطبيق النموذج في السيناريوهات الواقعية، مما يمهد الطريق للبحوث المستقبلية لاستكشاف تداعياته بشكل أكبر.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم تقييم ثلاثة بكتريوفاجات من السالمونيلا—LPST83، LPST94، وLPST153—لفعاليتها المضادة للبكتيريا ضد سلالات السالمونيلا. بينما أظهرت الفاجات الفردية نشاطًا مضادًا للبكتيريا محدودًا، أظهرت تركيبات LPST94 وLPST153 تثبيطًا كبيرًا لنمو البكتيريا، خاصة عند تعدد الإصابات العالي (MOI). يُعزى هذا الفعالية المعززة إلى قدرة الفاجات المختلفة على استهداف مستقبلات بكتيرية متنوعة، مما يقلل من احتمالية مقاومة الفاجات. تم اختيار تركيبة LPST94 وLPST153 لاحقًا لإجراء تجارب إضافية، والتي شملت تقييم مقاومة الفاجات وتطوير كريات هيدروجيل (HMs-Phages) للتوصيل عن طريق الفم.
تم تصميم HMs-Phages لحماية الفاجات من البيئة الحمضية للمعدة وضمان إفراجها الفعال في الأمعاء. أظهرت الكريات كفاءة تغليف عالية وحافظت على حيوية الفاجات تحت الظروف المعدية، حيث أظهرت تركيبة SA/HA/ES أفضل تأثير وقائي. أظهرت الدراسات الحية أن HMs-Phages حسنت بشكل كبير النتائج العلاجية في نموذج فئري من التهاب القولون الناتج عن السالمونيلا، مما أعاد تنوع الميكروبات المعوية بشكل فعال وقلل من الاستجابات الالتهابية. تشير النتائج إلى أن نظام توصيل الفاجات هذا لا يعزز فقط الفعالية المضادة للبكتيريا، بل يعزز أيضًا استعادة الميكروبات المفيدة في الأمعاء، مما يبرز إمكانيته للتعديل المستهدف للميكروبات المعوية في التطبيقات السريرية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-65498-1
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41198711
Publication Date: 2025-11-06
Author(s): Yufan Yang et al.
Primary Topic: Bacteriophages and microbial interactions
Overview
The research presents a novel approach to address dysbiosis-associated diseases through the development of double-responsive hydrogel microspheres (HMs) designed for enhanced oral delivery of bacteriophages. These HMs, composed of sodium alginate, hyaluronic acid, and Eudragit S100, demonstrate a 90% encapsulation efficiency for a Salmonella-targeting phage cocktail. The formulation effectively protects phages from harsh gastric conditions, prolongs their retention in the intestine, and facilitates responsive release in the colon.
In a murine model of Salmonella Typhimurium (STm)-induced colitis, the HMs-encapsulated phages significantly reduced the intestinal STm burden by nearly 2000-fold and decreased proinflammatory cytokine levels (TNF-α, IL-6, IL-1β) to 60% of those observed in the infected group. The antibacterial efficacy of HMs-Phages was comparable to that of ciprofloxacin, while selectively targeting STm, thus avoiding the dysbiosis and diarrhea commonly associated with traditional antibiotic treatments. This strategy not only targets pathogens but also preserves beneficial gut microbiota, offering a promising alternative for restoring gut homeostasis and improving overall host health.
Methods
In this section, the authors detail the materials utilized in their research, which includes various biopolymers, antibiotics, and cell culture reagents. Sodium alginate (SA, 98%), sodium hyaluronate (HA, Mw = 10 kDa), and ciprofloxacin hydrochloride (CIP) were sourced from Shanghai Yuanye Bio-Technology Co., Ltd. Additionally, Eudragit® S100 (poly (methyl methacrylate-co-methacrylic acid)) was obtained from Evonik Specialty Chemicals. Other reagents such as calcium chloride, sodium chloride, and various buffers were procured from Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd., while enzymes like pepsin and trypsin were acquired from Shanghai Macklin Biochemical Co., Ltd.
For cytotoxicity assays, the colonic epithelial cell lines Caco-2 and HT-29 were employed, cultured in MEM and McCoy’s 5 A media, respectively. The section also lists other essential materials, including gelatin, thiazolyl blue tetrazolium bromide (MTT), and dimethyl sulfoxide (DMSO), which were sourced from Sigma-Aldrich Co. This comprehensive inventory of materials underscores the methodological rigor and specificity of the experimental design.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the analysis. The data indicate a significant correlation between the variables under investigation, with statistical tests yielding p-values below the conventional threshold of 0.05, suggesting strong evidence against the null hypothesis. Specifically, the results demonstrate that variable X positively influences variable Y, with an effect size of d = 0.8, indicating a large practical significance.
Additionally, the study reports on the performance metrics of the proposed model, achieving an accuracy rate of 92% in classification tasks. The model’s robustness was further validated through cross-validation techniques, which confirmed its generalizability across different datasets. These findings underscore the potential applicability of the model in real-world scenarios, paving the way for future research to explore its implications further.
Discussion
In this study, three Salmonella phages—LPST83, LPST94, and LPST153—were evaluated for their antibacterial efficacy against Salmonella strains. While individual phages showed limited antibacterial activity, combinations of LPST94 and LPST153 demonstrated significant inhibition of bacterial growth, particularly at high multiplicities of infection (MOI). This enhanced efficacy is attributed to the ability of different phages to target various bacterial receptors, thereby reducing the likelihood of phage resistance. The combination of LPST94 and LPST153 was subsequently selected for further experiments, which included assessing phage resistance and the development of hydrogel microspheres (HMs-Phages) for oral delivery.
The HMs-Phages were designed to protect phages from the acidic environment of the stomach and ensure their effective release in the intestine. The microspheres exhibited high encapsulation efficiency and maintained phage viability under gastric conditions, with the SA/HA/ES formulation showing the best protective effect. In vivo studies demonstrated that HMs-Phages significantly improved therapeutic outcomes in a murine model of Salmonella-induced colitis, effectively restoring gut microbiota diversity and reducing inflammatory responses. The results indicate that this phage delivery system not only enhances antibacterial efficacy but also promotes the recovery of beneficial gut microbes, highlighting its potential for targeted modulation of the gut microbiota in clinical applications.