肠道工程菌微纳智能系统构建及慢性肾病诊疗应用研究

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光学诊疗系统已逐渐成为一种能够用于可视化诊断和精确治疗的未来技术。智能手机具有强大的数据处理能力、无线通讯连接和高质量的成像效果等优点。智能手机可以成为集成光学移动诊疗技术的通用连接载体。基于此,本课题构建了基于智能手机的疾病诊疗系统,该系统由智能诊断模块和智能治疗模块构成。慢性疾病模型作为例子来验证该系统的可行性。具体内容包括以下几个部分:首先,智能手机光学诊断模块的构建:智能手机和酶联免疫检测方法联合,探究其在分子检测中的应用可行性和结果准确性。其次,智能手机光学治疗模块的构建:改造光遗传工程细菌,经实验检测其分泌的治疗因子的含量及验证功能。智能手机调控的光电柔性器件作为调控工程菌治疗的开关。最后,为探究整合的智能手机疾病诊疗体系的实际作用效果,将其应用在单侧输尿管梗阻诱导的慢性肾病模型中,验证其在诊疗上的实际可行性。我们的实验结果显示:第一,成功构建了与智能手机图像处理软件联用的酶联免疫检测方法,智能手机程序对检测结果进行实时分析,完成疾病的智能诊断。结果表明检测过程可以在1小时内完成,检测结果将在10 s内通过手机分析软件显示,其最低检出浓度是75 ng/m L,低于商业化ELISA试剂盒的检出限(150ng/m L)。第二,光遗传肠道益生菌的成功改造,实现了精确可控的功能物质分泌。智能手机调控的光电器件小巧轻便,展开面积仅为2.3×3.7 cm~2,重量仅为2.434 g,可以稳定贴附在表皮上。在从皮肤穿透1 mm后,器件仍然能够提供肠道工程菌可感应的外界光源。第三,智能诊疗系统成功应用于慢性肾脏疾病的准确诊断和有效治疗。诊断结果显示疾病发生第5天的标志物含量为172.2210ng/L。治疗后,肾脏体积明显变小、肾组织的炎症细胞浸润减少、纤维化程度降低,相关炎性因子如IL-6、IFN-γ等的相对表达水平显著降低。总而言之,我们通过构建基于光遗传肠道工程菌实现了慢性肾病精确可控的诊疗。该诊疗体系具有智能、高效以及无线便携的特点,为疾病诊疗一体化进程开发了新的方法,具有广阔的临床应用前景。随着技术的更新发展,期望能有更多优质的技术可以为生物医学进程提供助力。
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