Sukkarieh, Farah (2026) Engineering pH-Responsive Microparticle Systems to Improve Probiotic Stability and Intestinal Delivery. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Farah Sukkarieh-BIOE Master Thesis.pdf Restricted to Repository staff only until 4 November 2027. Download (2MB)

Arabic Abstract

برزت هندسة الميكروبيوم كأحد الاتجاهات البحثية المتقدمة في مجال العلاجات الحيوية، لما توفره من إمكانية تعديل المجتمعات الميكروبية الموجودة في الأمعاء بشكل موجّه ودقيق لعلاج الأمراض المزمنة. ومع ذلك، لا تزال الكفاءة السريرية للعلاجات القائمة على البروبيوتيك محدودة، نتيجة التحديات المرتبطة بانخفاض حيوية الخلايا أثناء عمليات التصنيع، وتأثرها الشديد بالبيئة الحامضية للمعدة، إضافة إلى ضعف استقرارها خلال فترات التخزين طويلة الأمد. وفي هذا السياق، برزت تقنيات التغليف الدقيق المعتمدة على البوليمرات الطبيعية كاستراتيجية فعّالة لتعزيز حماية البروبيوتيك وتحسين توصيله بشكل دقيق إلى المكان المناسب والمستهدف في الأمعاء في هذه الدراسة، تم تصميم وتطوير جسيمات دقيقة مكوّنة من الألجينات والصمغ العربي باستخدام تقنية التجلط الأيوني وما يميز هذه الجسيمات انها مستجيبة لدرجة الحموضة مما يساعد في تحسين ثبات البروبيوتيك والتحكم في إطلاقه. وقد أسهم الصمغ العربي بدور جوهري كعامل واقٍ أثناء عملية التجفيف بالتجميد، مما عزز حماية وبقاء الخلايا، في حين وفّرت الألجينات حاجزًا فعالًا ضد الظروف شديدة الحموضة في المعدة وساهمت في تحقيق إطلاق موجّه ضمن البيئة المعوية المستهدفة. أظهرت النتائج تحسنًا جيدا في استقرار و حيوية البكتيريا، حيث بلغت نسبة الاسترداد في حيوية البكتيريا النموذجية المستخدمة ستة أضعاف مقارنةً بالبكتيريا غير المغلفة علاوة على ذلك، أدى إدماج عامل مُعادِل داخلي إلى تعزيز قدرة هذه الجسيمات على حماية الخلايا تحت الظروف القاسية للجهاز الهضمي، من خلال تقليل الإجهاد الحامضي في المعدة وتقليل الاثار السلبية الناتجة من التعرض للأملاح الصفراء في الأمعاء. وبشكل عام، تقدم هذه الجسيمات حل واعد وفعّال لتوصيل البروبيوتيك بنسبة عالية من الاستقرار،الحيوية و النشاط ايضي. يدعم هذا التوجه الأفق نحو تطوير علاجات ميكروبية متقدمة ذات نتائج فعالة لتطبيقات سريرية متنوعة وموجّهة بدقة، لا سيما في حالات مثل أمراض الأمعاء الالتهابية ومتلازمة التمثيل الغذائي

English Abstract

Microbiome engineering offers a promising approach for managing chronic diseases through targeted modulation of gut microbial communities. However, probiotic applications are limited by reduced viability during processing, exposure to gastric acidity, and inadequate storage stability. This study developed a pH-responsive alginate-gum Arabic microparticle (Alg-GA MPs) delivery system using ionotropic gelation to improve bacterial protection and controlled intestinal delivery. Gum Arabic served as a cytoprotective excipient during lyophilization, while alginate provided gastric acid resistance and facilitated intestinal release. Encapsulation improved bacterial survival, with E. coli exhibiting approximately sixfold higher recovery after lyophilization compared with non-encapsulated controls. Additionally, incorporation of an internal buffering agent enhanced bacterial viability under simulated gastrointestinal conditions by mitigating acid induced stress through localized pH regulation. Overall, the engineered Alg-GA MPs system provides a promising platform for improving probiotic stability and targeted intestinal delivery, with potential applications in developing microbiome-based therapeutics for conditions such as inflammatory bowel disease and metabolic syndrome.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering
Department:	College of Chemicals and Materials > Bioengineering
Thesis Advisor:	Jackie Yi-Ru Ying,
Thesis Committee Members:	Md Anwarul Hasan, Shahad Alsaiari,
Depositing User:	FARAH SUKKARIEH
Date Deposited:	09 Nov 2026 07:15
Last Modified:	09 Nov 2026 07:15
URI:	https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/144794