新研发的一氧化碳泡沫可被输送到胃肠道以对抗结肠炎和其他疾病

受分子美食技术的启发，他们能够将一氧化碳融入稳定的泡沫中，并将其输送到消化道中。这项研究由来自麻省理工学院、布莱根妇女医院、爱荷华大学和贝斯以色列女执事医疗中心的研究人员领导。

在对小鼠进行的研究中，科学家们表明，这些泡沫减少了结肠的炎症，并有助于扭转由对乙酰氨基酚过量引起的急性肝衰竭。据作者称，2022年6月29日在《科学转化医学》论文中描述的这项新技术也可用于输送其他治疗性气体。

"输送气体的能力为我们思考治疗方法提供了全新的机会。"麻省理工学院机械工程系的卡尔-范塔塞尔职业发展助理教授、布莱根妇女医院的胃肠病学家乔瓦尼-特拉弗罗说："我们通常不认为气体是一种你会口服的治疗方法（或可以直肠给药），所以这提供了一种令人兴奋的新方法来思考我们如何能够帮助病人。

Traverso和哈佛医学院和贝斯以色列女执事医疗中心的外科教授Leo Otterbein是该论文的资深作者。主要作者是爱荷华大学的医生科学家和放射肿瘤学家James Byrne（曾是麻省总医院布里格姆/丹娜法伯放射肿瘤学项目的住院医生），以及麻省理工学院科赫综合癌症研究所的研究人员；贝斯以色列女执事医院的研究员David Gallo；以及布里格姆妇女医院的研究工程师Hannah Boyce。

用泡沫协助分娩

自20世纪90年代末以来，奥特贝恩一直在研究低剂量一氧化碳的治疗效果。这种气体已被证明在防止移植器官的排斥反应、减少肿瘤生长以及调节炎症和急性组织损伤方面具有有益作用。

当高浓度吸入时，一氧化碳与血液中的血红蛋白结合，阻止身体获得足够的氧气，这可能导致严重的健康影响，甚至死亡。然而，在较低的剂量下，它具有有益的影响，如减少炎症和促进组织再生，Otterbein说。

他说："我们多年来一直知道，一氧化碳作为一种吸入性气体，可以在各种疾病病理中产生有益的影响。然而，在临床上使用它一直是一个挑战，原因是与安全和可重复的给药有关的一些原因，以及医护人员的担忧，这导致人们想要找到其他的给药方式。"

几年前，Traverso和Otterbein由Christoph Steiger介绍，他是麻省理工学院的前博士后，也是这项新研究的作者之一。Traverso的实验室专门开发向胃肠道输送药物的新方法。为了解决输送气体的挑战，他们想出了将气体融入泡沫的想法，就像厨师用二氧化碳制造注入水果、蔬菜或其他味道的泡沫那样。

研究小组还设计了融入小气泡气体的固体材料。资料来源：特拉弗罗实验室

烹饪用的泡沫通常是通过向液体或已被捣碎的固体添加增稠剂或胶凝剂，然后通过鞭打使其加入空气，或使用专门的虹吸管注入二氧化碳或压缩空气等气体而产生的。

麻省理工学院的团队创造了一种改良的虹吸管，可以连接到任何种类的气体罐上，使他们能够将一氧化碳纳入他们的泡沫中。为了制造泡沫，他们使用了食品添加剂，如海藻酸盐、甲基纤维素和麦芽糊精。还加入了黄原胶以稳定泡沫。通过改变黄原胶的量，研究人员可以控制一旦泡沫被施用，气体释放的时间。

在证明他们可以控制气体在体内释放的时间后，研究人员决定测试泡沫的几个不同应用。首先，他们研究了两种类型的局部应用，类似于使用药膏来舒缓瘙痒或发炎的部位。在对小鼠的研究中，他们发现通过直肠输送泡沫可以减少由结肠炎或辐射引起的直肠炎（宫颈癌或前列腺癌的放射治疗可能引起的直肠炎症）。

目前对结肠炎和其他炎症如克罗恩病的治疗通常涉及抑制免疫系统的药物，这可能使患者更容易受到感染。研究人员说，用一种可直接应用于发炎组织的泡沫来治疗这些疾病，为这些免疫抑制性治疗提供了一种潜在的替代或补充方法。研究人员说，虽然这项研究中的泡沫是通过直肠给药，但也有可能通过口服给药。这些泡沫非常容易使用，这将有助于转化为病人护理。

控制剂量

研究人员随后着手调查可能的系统性应用，其中一氧化碳可以被输送到远程器官，如肝脏，因为它能够从消化道扩散到身体的其他地方。在这项研究中，他们使用了一个对乙酰氨基酚过量的小鼠模型，该模型会导致严重的肝脏损伤。他们发现，输送到下消化道的气体能够到达肝脏，并大大减少那里的炎症和组织损伤的数量。

在这些实验中，研究人员没有发现一氧化碳给药后的任何不利影响。以前对人类的研究表明，少量的一氧化碳可以被安全吸入。一个健康人血液中的一氧化碳浓度约为1%，对人类志愿者的研究表明，高达14%的浓度可以被耐受而没有不良影响。

"我们认为，在这项研究中使用的泡沫，我们甚至没有接近我们会担心的水平，"Otterbein说。"我们从吸入式气体试验中所学到的东西已经铺就了一条道路，说它是安全的，只要你知道并能控制你的给药量，就像任何药物。这是这种方法的另一个好的方面--我们已经可以准确控制剂量。"

在这项研究中，研究人员还创造了含有一氧化碳的凝胶，以及充满气体的固体，使用的技术类似于用于制造跳跳糖的技术，跳跳糖是一种含有加压的二氧化碳气泡的硬糖。他们计划在进一步的研究中测试这些产品，此外还将开发可能在人类患者身上进行测试的泡沫。