Wissenschaftler drucken mikroskopische 3D-Käfige, um Bakterien zu untersuchen

Bakterien im menschlichen Körper gedeihen in 3D-strukturierten Gemeinschaften, so dass die Untersuchung von Krankheitserregern in dieser Art von Umgebung besser zeigen könnte, wie sie interagieren. Jetzt machen Wissenschaftler genau das - mit mikroskopischen 3D-gedruckten Käfigen.

Wissenschaftler der Universität von Texas in Austin haben eine neue 3D-Drucktechnologie verwendet, die es ihnen ermöglichte, Häuser für die Bakterien auf einer Mikroebene zu bauen.

Indem sie Bakterien in diesen winzigen Häusern einhüllten, konnten sie untersuchen, wie im menschlichen Darm und in der Lunge vorhandene Bakterien zusammenwirken, um Infektionen zu entwickeln.

Eine Studie ihrer Arbeit wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Proceedings der Nationalen Akademie der Wissenschaften.

Um die Käfige, die aus Protein bestehen, zu konstruieren, verwendeten die Forscher einen Laser und bauten die Käfige um Bakterien in Gelatine. Die Käfige können fast jede Form oder Größe haben, sagen die Forscher, und sie können um andere Käfige bewegt werden, die andere Bakteriengemeinschaften enthalten.

In einem Experiment konnten sie zeigen, wie eine Gemeinschaft von Bakterien, die Hautinfektionen verursacht, Staphylococcus aureus, wurde mehr Antibiotika-resistent, wenn es in einem Käfig mit einer Gemeinschaft von anderen Bakterien in Mukoviszidose beteiligt war, Pseudomonas aeruginosa.

Die Forscher sagen, dass diese neue Methode, die sie anwendeten, zukünftige Studien ermöglichen sollte, bessere Bedingungen - mehr wie der menschliche Körper - wiederherzustellen, in denen Bakterien gedeihen.

Stapeln von 3D-Strukturen

Die Gelatine, in der die Bakterien eingeschlossen sind, ist ziemlich flexibel, sagen die Forscher. Eine flüssige Lösung, wenn warm, kann es auch bei Raumtemperatur fest werden.

Es enthält auch lichtempfindliche Moleküle, die die Gelatinemoleküle veranlassen, miteinander zu reagieren, wenn sie mit einem Laserlicht getroffen werden.

Nachdem die Forscher entschieden haben, welche Bakterien sie in welcher Form umhüllen wollen, aktivieren sie den Laser und bilden eine feste Matrix.

Jason Shear, Professor für Chemie an der Universität von Austin, erklärt weiter:

"Dann machen wir eine weitere Ebene und eine weitere und so weiter. Es ist sehr einfach. Wir machen im Grunde Bilder und stapeln sie in 3D-Strukturen, aber mit unglaublicher Kontrolle."

"Denken Sie über die Dicke eines Haares auf Ihrem Kopf nach, und nehmen Sie 1% davon, und nehmen Sie ungefähr ein Viertel davon. Das ist ungefähr die Größe unseres Lasers, wenn er auf seinen kleinsten Punkt gebracht wird."

Beobachtung spezifischer Bakterien Teamarbeit

Sobald die Käfige fertig sind, füttern die Forscher die Bakterien Nährstoffe, um sie zu ermutigen, sich innerhalb des vorgesehenen Raumes zu vermehren. Die Forscher können dann andere Käfiggemeinschaften nehmen und sie in naher Entfernung platzieren, so dass sie sich gegenseitig signalisieren können.

Darüber hinaus haben die Forscher die Möglichkeit, die Gelatine abzuwaschen, das Bakterienwachstum zu stoppen und sie für den Transport aufzubewahren.

Prof. Shear sagt, die Strukturen erlauben den Bakterien nicht, zu entkommen, aber "sie sind porös genug, um chemisch permissiv zu sein", was bedeutet, dass Signale ausgetauscht werden können.

Er sagt, die neue Technik bietet neue Möglichkeiten, das bakterielle Wachstum zu untersuchen. Zum Beispiel können Bakterien wie z Staphylokokken und Pseudomonas können zusammen arrangiert werden, um zu sehen, wie sie reagieren, wenn sie beide mit einem Eindringling konfrontiert werden.

Prof. Shear fügt hinzu:

"Dies sind wirklich häufige Bakterien, die oft zusammen in Infektionen gefunden werden, und es macht Sinn, dass sie Mechanismen haben, sich gegenseitig zu fühlen. Was die Technologie uns ermöglicht, ist sie in Konversation miteinander zu bringen, in sehr präziser Weise, und was passiert, in diesem Fall Staphylokokken spürte das Pseudomonasund ein Ergebnis war, dass es resistenter gegen die Antibiotika wurde. "

Zukünftige Auswirkungen und weitere Studien

Prof. Shear sagt, dass ihre Technik verwendet werden kann, um zu untersuchen, wie sich Infektionen verbreiten, zum Beispiel in einem Krankenhaus, in dem die Vermeidung von Infektionen der Schlüssel ist.

Er weist auf frühere Studien hin, die nahelegen, dass Infektionen durch winzige Kolonien von Bakterien übertragen werden, die sich auf Geräten oder Personal bewegen und daher in einem Krankenhaus weit verbreitet sind.

Indem er untersucht, wie bakterielle Gemeinschaften zusammenarbeiten, glaubt er, dass andere Fragen angesprochen werden können:

"Wir wissen derzeit wenig darüber, wie das geschieht. Wie viele Zellen braucht es? Werden diese Mikrokulturen besonders virulent oder antibiotikaresistent, gerade weil sie klein sind und dann wiederum die Eigenschaften von Bakterien auf unserer Haut oder in unserem Körper verändern? "Jetzt haben wir ein Mittel, um diese Fragen viel breiter zu stellen."

Diese Ergebnisse sind besonders aktuell, da die CDC (Centres for Disease Control and Prevention) kürzlich Maßnahmen gegen arzneimittelresistente Bakterien gefordert hat.

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