Оптимизация технологии получения препарата бактерий человека для биологической коррекции микрофлоры кишечника

##plugins.themes.bootstrap3.article.sidebar##

pdf pdf (English) html html (English)
Опубликован: Jun 29, 2021
DOI: https://doi.org/10.18097/BMCRM00151
Ключевые слова:
трансплантация фекальной микробиоты; лиофилизированные пероральные капсулы; лиопротекторы; короткоцепочечные жирные кислоты

##plugins.themes.bootstrap3.article.main##

Е.А. Сорокина
Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины, 119435, Москва, Малая Пироговская, 1а
Е.С. Жгун
Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины, 119435, Москва, Малая Пироговская, 1а
Ю.В. Кислун
Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины, 119435, Москва, Малая Пироговская, 1а
Е.А. Денисова
Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины, 119435, Москва, Малая Пироговская, 1а
Ю.А. Беспятых
Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины, 119435, Москва, Малая Пироговская, 1а
Е.Н. Ильина
Федеральный научно-клинический центр физико-химической медицины, 119435, Москва, Малая Пироговская, 1а

Аннотация

К настоящему моменту эффективность трансплантации фекальной микробиоты (ТФМ) при лечении различных патологий ЖКТ не вызывает сомнений. Препараты фекалий доставляют как через нижние отделы ЖКТ (клизма, колоноскопия), так и верхние (эндоскопия, капсулы). Общим недостатком инструментальных методов введения является их высокая инвазивность, связанная с риском перфорации кишечника и применением анестезии. Пероральные капсулы минимально инвазивны, удобны и более эстетичны, поэтому этот способ доставки препарата становится все более популярным. Основной вопрос, связанный с использованием замороженного кала (в том числе лиофилизата, используемого в капсулах), заключается в эффективности такого препарата по сравнению с исходным материалом. В процессе лиофилизации клетки подвергаются действию стрессовых факторов, таких как низкие температуры, кристаллизация воды, осмотический стресс, изменения рН растворов, дегидратация. Для снижения риска повреждений клеток при лиофилизации используют защитные среды (лиопротекторы). В качестве лиопротекторов в данной работе использовали сахарозу, желатин и их комбинации. Для оценки количества микроорганизмов проводили бактериологическое исследование. Оценивали количество бактерий рода Bifidobacterium, Lactobacillus, Escherichia, а также семейства Enterobacterales в целом. Установлено, что в лиофилизированном образце кала, содержащем в качестве защитной среды 10 % сахарозу, наблюдается наибольшее количество жизнеспособных клеток, физические свойства лиофилизата (его сыпучесть) удобны для наполнения капсул. Методом газовой хроматографии исследованы молярные соотношения КЖК в исходных образцах кала и лиофилизатах. Молярные соотношения мажорных короткоцепочечных жирных кислот (КЖК) ацетата, пропионата и бутирата оказались идентичны в исследуемых образцах. Предложен состав защитной среды, в которой лиофилизированный биоматериал максимально соответствует исходному калу по количеству «живых» микроорганизмов. Лиофилизат по своим физическим характеристикам удобен для приготовления капсул.

##plugins.themes.bootstrap3.article.details##

Как цитировать
Сорокина E., Жгун E., Кислун Y., Денисова E., Беспятых Y., & Ильина E. (2021). Оптимизация технологии получения препарата бактерий человека для биологической коррекции микрофлоры кишечника. Biomedical Chemistry: Research and Methods, 4(2), e00151. https://doi.org/10.18097/BMCRM00151
Выпуск
Том 4 № 2 (2021)
Раздел
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Библиографические ссылки

  1. Lin, Z., Iqbal, Z., Ortiz, J.F., Khan, S.A., Jahan, N. (2020) Fecal Microbiota Transplantation in Recurrent Clostridium Difficile Infection: Is it Superior to Other Conventional Methods? Cureus. 12(8), e9653. DOI
  2. Enforcement Policy Regarding Investigational New Drug Requirements for Use of Fecal Microbiota for Transplantation to Treat Clostridium difficile Infection Not Responsive to Standard Therapies (2013) Retrieved from: www.fda.gov
  3. Smith, M., Kassam, Z., Edelstein, C., Burgess, J., Alm, E. (2014). OpenBiome remains open to serve the medical community. Nat. Biotechnol., 32, 867. DOI
  4. Tan, P., Li, X., Shen, J., Feng, Q. (2020). Fecal Microbiota Transplantation for the Treatment of Inflammatory Bowel Disease: An Update. Front Pharmacol. 11, 574533. DOI
  5. Taur, Y., Coyte, K., Schluter, J., Robilotti, E., Figueroa, C., Gjonbalaj, M., Littmann, E.R., Ling, L., Miller, L., Gyaltshen, Y., Fontana, E., Morjaria, S., Gyurkocza, B., Perales, M.A., Castro-Malaspina, H., Tamari, R., Ponce, D., Koehne, G., Barker, J., Jakubowski, A., Papadopoulos, E., Dahi, P., Sauter, C., Shaffer, B., Young, J.W., Peled, J., Meagher, R.C., Jenq, R.R., van den Brink, M.R.M., Giralt, S.A., Pame,r E.G., Xavier, J.B. (2018) Reconstitution of the gut microbiota of antibiotic-treated patients by autologous fecal microbiota transplant. Sci Transl Med. 10(460), eaap9489. DOI
  6. Kang, D-W., Adams, J.B., Gregory, A.C., Borody, T., Chittick, L., Fasano, A., Khoruts, A., Geis, E., Maldonado, J., McDonough-Means, S., Pollard, E.L., Roux, S., Sadowsky, M.J., Schwarzberg Lipson, K., Sullivan, M.B., Caporaso, G.J. Krajmalnik-Brown, R. (2017). Microbiota Transfer Therapy alters gut ecosystem and improves gastrointestinal and autism symptoms: an open-label study. Microbiome, 5(1), 10. DOI
  7. Evrensel, A., Ceylan, M.E. (2011). Fecal Microbiota Transplantation and Its Usage in Neuropsychiatric Disorders. Clin. Phychopharmacol. Neurosci., 14(3), 231-237. DOI
  8. Jiang, Z.D., Ajami, N.J., Petrosino, J.F., Jun, G., Hanis, C.L., Shah, M., Hochman, L., Ankoma-Sey, V., DuPont, A.W., Wong, M.C., Alexander, A., Ke, S., DuPont, H.L. (2017). Randomised clinical trial: faecal microbiota transplantation for recurrent Clostridum difficile infection - fresh, or frozen, or lyophilised microbiota from a small pool of healthy donors delivered by colonoscopy. Aliment Pharmacol Ther. 45(7), 899-908 . DOI
  9. Lee, C.H., Steiner, T., Petrof, E.O., Smieja, M., Roscoe, D., Nematallah, A., Weese, J.S., Collins, S., Moayyedi, P., Crowther, M., Ropeleski, M.J., Jayaratne, P., Higgins, D., Li, Y., Rau, N.V., Kim, P.T. (2016). Frozen vs Fresh Fecal Microbiota Transplantation and Clinical Resolution of Diarrhea in Patients With Recurrent Clostridium difficile Infection: A Randomized Clinical Trial. JAMA. 315(2), 142-9. DOI
  10. Costello, S.P., Conlon, M.A., Vuaran, M.S., Roberts-Thomson, I.C., Andrews, J.M. (2015). Faecal microbiota transplant for recurrent Clostridium difficile infection using long-term frozen stool is effective: clinical efficacy and bacterial viability data. Aliment Pharmacol Ther. 42(8), 1011-8. DOI
  11. Staley, C., Hamilton, M.J., Vaughn, B.P., Graiziger, C.T., Newman, K.M., Kabage, A.J., Sadowsky, M.J., Khoruts, A. (2017). Successful Resolution of Recurrent Clostridium difficile Infection using Freeze-Dried, Encapsulated Fecal Microbiota; Pragmatic Cohort Study. Am J Gastroenterol. 112(6), 940-947. DOI
  12. Kao, D., Roach, B., Silva, M., Beck, P., Rioux, K., Kaplan, G.G., Chang, H.J., Coward, S., Goodman, K.J., Xu, H., Madsen, K., Mason, A., Wong, G.K., Jovel, J., Patterson, J., Louie, T. (2017). Effect of Oral Capsule- vs Colonoscopy-Delivered Fecal Microbiota Transplantation on Recurrent Clostridium difficile Infection: A Randomized Clinical Trial. JAMA. 318(20). 1985-1993. DOI
  13. Zipursky, J.S., Sidorsky, T.I., Freedman, C.A., Sidorsky, M.N., Kirkland, K.B. (2012). Patient attitudes toward the use of fecal microbiota transplantation in the treatment of recurrent Clostridium difficile infection. Clin Infect Dis. 5(12). 1652-8. DOI
  14. Peiren, J., Buyse, J., De Vos, P., Lang, E., Clermont, D., Hamon, S., Bégaud, E., Bizet, C., Pascual, J., Ruvira, M.A., Macián, M.C., Arahal, D.R. (2015). Improving survival and storage stability of bacteria recalcitrant to freeze-drying: a coordinated study by European culture collections. Arahal. Appl. Microbiol. Biotechnol. 99(8), 3559–71. DOI
  15. Cabri guidelines. Laboratory procedures of microorganisms. Protective suspension media for freezing or (freeze)-drying. Retrieved November 26, 2020 from: http://www.cabri.org/guidelines/microorganisms/M300Ap3.html.
  16. Schwab C., Vogel R., Ganzle M.G. (2007). Influence of oligosaccharides on the viability and membrane properties of Lactobacillus reuteri TMW1.106 during freeze-drying. Cryobiology. 55(2), 108–14. DOI
  17. Tymczyszyn, E.E., Díaz, M.R., Gómez-Zavaglia, A., Disalvo, E.A. (2007). Volume recovery, surface properties and membrane integrity of Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus dehydrated in the presence of trehalose or sucrose. J. Appl. Microbiol. 103(6), 2410–9. DOI
  18. Pehkonen, K.S., Roos, Y.H., Miao, S., Ross, R.P., Stanton, C. (2008). State transitions and physicochemical aspects of cryoprotection and stabilization in freeze-drying of Lactobacillus rhamnosus GG (LGG). J. Appl. Microbiol. 104, 1732–1743. DOI
  19. Zhgun, E.S., Kislun, Y.V., Kalachniuk, T.N., Veselovsky, V.A., Urban, A.S., Tikhonova, P.O., Pavlenko, A.V., Ilchenko, G.N., Ilina, E.N. (2020). Evaluation of the Levels of Metabolites in Feces of Patients with Inflammatory Bowel Diseases. Biomeditsinskaya Khimiya, 66(3), 233–240. DOI
  20. Isolauri, E. (2001). Probiotics in human disease. Am J Clin Nutr. 73(suppl), 1142S–6S. DOI
  21. Gracheva, I.V., Osin, A.V. (2016). Mechanisms of Damaging Bacteria during Lyophilization and Protective Activity of Shielding Media. Problemy Osobo Opasnykh Infektsii. 3(5), 12. DOI
  22. Cummings, J.H., Pomare, E.W., Branch, W.J., Naylor, C.P., Macfarlane, G.T. (1987). Short chain fatty acids in human large intestine, portal, hepatic and venous blood. Gut, 28(10), 1221-1227. DOI