Nanomaterial mediated modulation of the gut microbiome – mechanistic insights, host interaction and therapeutic potential

சுருக்கம்:

மனித இரைப்பை குடல் (GI) பாதையில் பன்முகத்தன்மை வாய்ந்த மற்றும் வளர்சிதை மாற்றத்தில் சுறுசுறுப்பாக செயல்படும் நுண்ணுயிர் சமூகம் உள்ளது. இது நோய் எதிர்ப்பு சக்தியை சீராக்குவதிலும், எபிதீலியல் தடுப்புச் சுவரை உருவாக்கி பராமரிப்பதிலும், ஊட்டச்சத்து வளர்சிதை மாற்றத்திலும், மற்றும் காலனியாக்க எதிர்ப்பிலும் இன்றியமையாத பங்கு வகிக்கிறது. குறிப்பிடத்தக்க வகையில், இரைப்பை குடல் பாதையில் ஏற்படும் நுண்ணுயிர் சமநிலையின்மை பெருகிவரும் எண்ணிக்கையிலான அமைப்பு ரீதியான நோய்களை பாதிக்கிறது என்பது குடல் நுண்ணுயிர் நிலைத்தன்மையை பாதிக்கும் காரணிகளை கண்டறிவதன் அவசரத்தை எடுத்துக்காட்டுகிறது. கடந்த பத்தாண்டுகளில், நானோ தொழில்நுட்பத்தில் விரைவான முன்னேற்றம் ஏற்பட்டுள்ளது. இதன் விளைவாக மருத்துவம், உணவு தொழில்நுட்பம் மற்றும் நுகர்வோர் பொருட்களில் பல்வேறு வகையான பொறியியல் நானோ பொருட்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. தொடர்ந்து வரும் தரவுகள், நானோ பொருட்களின் அளவு, மேற்பரப்பு மின்னூட்டம், கலவை மற்றும் செயல்பாட்டு மாற்றம் போன்ற சில இயற்பியல்-வேதியியல் பண்புகள், எபிதீலியல் செல்கள், குடல் சளி படலம், நோய் எதிர்ப்பு கூறுகள் மற்றும் வசிக்கும் நுண்ணுயிரிகளுடனான தொடர்புகளை மாற்றியமைக்கலாம் என்பதை மேலும் உணர்த்துகின்றன. நானோ பொருட்கள் நுண்ணுயிர் எதிர்ப்பு காரணிகளாகவும், மருந்து வழங்கல் கையாளிகளாகவும் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. ஏனெனில் அவற்றின் ஒருமைப்பாடு, நிலைத்தன்மை மற்றும் சளி படலங்களில் ஊடுருவுவதன் மூலம் உறிஞ்சுதல் எளிதாகிறது, மேலும் செயல்படும் இடத்தில் இலக்கு நிர்ணயிக்கப்பட்ட வெளியீடு சாத்தியமாகிறது. புதிய நானோ பொருட்களின் தோற்றம் குடல் நுண்ணுயிர் சமூகத்திற்கு உயிரியல் இணக்கமான வேட்பாளர்களாக தொடர்ந்து வளர்ச்சியடைந்து வருகிறது. நானோ பொருட்கள் சிகிச்சை ரீதியான பண்புகளைக் கொண்டிருந்தாலும், அவை குடல் ஆரோக்கியத்திற்கு இரட்டை அலகு கத்தியாகவும் செயல்படுகின்றன. அதாவது நுண்ணுயிர் சமூகத்தை சீர்குலைக்கும் அபாயங்களையும் ஏற்படுத்தக்கூடும். நானோ பொருள்–நுண்ணுயிர்–தொகுப்பு தொடர்புகளில் உள்ள இந்த இயக்கவியல் நுண்ணறிவுகள், நிலையான சூழலை (eubiosis) மீட்டெடுப்பதற்கும், திறமையான மருந்து இலக்கு நிர்ணயிப்பதற்கும், மற்றும் இரைப்பை குடல் கோளாறுகளுக்கான நுண்ணுயிர் அடிப்படையிலான சிகிச்சைகளுக்கும் பாதுகாப்பான துல்லிய நானோ மருத்துவங்களை நியாயமான முறையில் வடிவமைக்க இன்றியமையாதவை. இந்த ஆய்வுக் கட்டுரை, சிகிச்சையுடன் தொடர்புடைய நானோ பொருட்களுக்கும் குடல் நுண்ணுயிர் சமூகத்திற்கும் இடையே நடைபெறும் இரு திசை தொடர்புகளை நடுநிலைப்படுத்தும் பல்வேறு வழிமுறைகளை மையமாகக் கொண்டுள்ளது.

Abstract:

The human gastrointestinal (GI) tract contains a diverse and metabolically active microbial community, vital to immune modulation, formation and maintenance of the epithelial barrier, nutrient metabolism, and colonization resistance. Notably, dysbiosis in the GI influences an increasing number of systemic diseases, indicating the urgency to elucidate factors influencing gut microbiome stability. Over the past decade, there has been a rapid advancement of nanotechnology, resulting in various engineered nanomaterials (ENMs) being utilized, such as those appearing in medicine, food technology, and consumer products. Subsequent data further imply that certain physicochemical characteristics of nanomaterials, such as size, surface charge, composition, and functionalization, can modulate the interactions with epithelial cells, the intestinal mucus layer, immune components, and resident microbiota. Nanomaterials are used as antibacterial agents, drug delivery carriers, etc. because of its integrity, stability, and absorption facilitated by penetration through mucus layers and a targeted release at the site of action. The emergence of novel nanomaterials is constantly evolving as potential biocompatible candidates towards the gut microbiome. Although nanomaterials have potential therapeutic properties, they also represent a dual-edged sword for gut health and may pose microbiome-disruptive risks. These mechanistic insights into nanomicrobiome–host interactions are essential for the rational design of safe precision nanomedicines in restoring eubiosis, effective drug targeting, and microbiome-based therapies for GI disorders. This review focuses on the various mechanisms mediating bidirectional interactions occurring between nanomaterials and gut microbiota that are relevant to therapy.