數百萬人在美國和世界各地，每年都有人遭受泌尿道感染。有些團體特別容易患慢性尿路感染，包括婦女、老年人和一些退伍軍人。
這些感染通常用抗生素治療，但是過度使用這些藥物可以使它們所針對的微生物產生抗藥性並降低藥物的有效性。
為了解決慢性泌尿道感染和抗生素抗藥性問題，我們結合了我們的專業知識在微生物學方面 和工程創造一種含有特定有益菌種的生物材料大腸桿菌。我們的研究表明從這種生物材料中釋放出「好」細菌可以與“壞”細菌爭奪營養並獲勝，從而大大減少致病微生物的數量。
隨著進一步的發展，我們相信這項技術可以幫助治療對抗生素沒有反應的複發性泌尿道感染。
將細菌帶入膀胱
對於生活在人體內的微生物來說，營養素是有限的，而且它們在身體不同部位的存在程度也不同。細菌必須與其他微生物和宿主競爭以獲得必需的營養。
透過吸收可用的營養物質，有益細菌可以阻止或減緩有害細菌的生長。當有害細菌缺乏重要的營養物質時，它們的數量就無法達到足以引起疾病的程度。
不過，將有益細菌輸送到膀胱以預防泌尿道感染具有挑戰性。其一，這些有益細菌只能自然地在以下人群中定殖：無法完全排空膀胱，一種稱為尿瀦留的病症。即使在這些患者中，這些細菌在膀胱中定殖的時間也存在很大差異。
目前將細菌輸送到膀胱的方法是侵入性的，需要反覆插入導管。即使細菌成功釋放到膀胱中，尿液會沖走這些微生物因為它們不能黏附在膀胱壁上。
治療泌尿道感染的生物材料
由於有益細菌無法長時間附著在膀胱中並存活，因此我們開發了一種生物材料，可以隨著時間的推移緩慢釋放膀胱中的細菌。
我們的生物材料由活體組成大腸桿菌嵌入矩陣結構由凝膠製成。它類似於一塊比水滴小 500 倍的果凍，可以在膀胱中釋放細菌長達兩週。透過生物材料輸送細菌，我們克服了細菌附著在膀胱上以持續存在於器官中的需要。
我們透過將生物材料放入培養皿中的人類尿液中並將其暴露於引起泌尿道感染的細菌病原體來測試該生物材料。我們的結果表明，當以 50:50 的比例混合時，大腸桿菌戰勝了引起泌尿道感染的細菌增加到總人口的 85% 左右。
當我們添加更多大腸桿菌比引起尿路感染的細菌，這是我們對未來開發和測試的設想，大腸桿菌增加到 99% 以上的人口，基本上消滅了引起泌尿道感染的細菌。此外，生物材料持續釋放大腸桿菌在人的尿液中可保存長達兩週的時間。
我們的研究結果表明大腸桿菌可以在膀胱中停留並存活很長一段時間成功降低成長導致尿路感染的多種細菌。
改善生物材料
我們的研究結果表明大腸桿菌不僅可以控制與其密切相關的有害細菌，還可以多種致病細菌在人類和動物中。這意味著科學家可能不需要識別不同類型的有益細菌來控制每種可能導致泌尿道感染的病原體（病原體有很多種）。
我們的團隊目前正在評估我們的生物材料治療小鼠泌尿道感染的效果。我們也致力於確定有益細菌和有害細菌競爭的特定營養物質，以及哪些因素可以幫助有益細菌獲勝。我們可以將這些營養物質添加到我們的生物材料中以釋放或保留。
這項研究仍處於早期階段，臨床應用尚未開發，因此如果它確實到達患者手中，那麼未來將會很好。我們希望我們的技術能夠得到改進並應用於控制其他細菌感染和一些由細菌引起的癌症。
