Imagerie de la vidéo et cartes spatiotemporelles d'analyser motilité gastro-intestinale chez la souris

Le système nerveux entérique (ENS) est le réseau neuronal intrinsèque du tractus gastro-intestinal et module diverses fonctions telles que la digestion du contenu intestinal, l'absorption de nutriments et la sécrétion et la réabsorption d'eau. Les neurones de l'ENS sont situés dans les myentériques et la sous-muqueuse plexus. Le plexus myentérique joue un rôle majeur dans la régulation de la motilité gastro-intestinale ¹ alors que le plexus sous-muqueux est principalement impliquée dans le contrôle de la sécrétion ^2,3. Le plexus myentérique est située entre les couches musculaires longitudinales et circulaires de la paroi gastro-intestinale. L'activité contractile des couches de muscles lisses de la paroi intestinale facilite les fonctions principales du tractus gastro-intestinal et en mélangeant le contenu intestinal propulsion sur toute la longueur de l'intestin ^3. Bien que l'innervation extrinsèque au tractus gastro-intestinal du CNS contribue à la fonction gastro-intestinale in vivo, L'ENS est capable de réguler la fonction gastro-intestinale indépendamment. Cette caractéristique unique permet à l'exploration fonctionnelle des circuits neuronaux entériques et leur contribution à la motilité gastro-intestinale ex vivo.

Les complexes du côlon qui migrent à moteur (CMMCs) sont des événements spontanés neurogènes qui sont le motif du moteur prédominant observé dans le côlon de souris isolé en l'absence de boulettes fécales ^4-9. CMMCs sont définis comme des contractions rythmiques qui se propagent sur ​​une distance horizontale qui est au moins la moitié de la longueur totale du côlon (par exemple, à partir du caecum au rectum) ^10. La relation entre CMMCs et les motifs contractiles qui propulsent pelotes fécales est pas encore clairement établie, cependant quelques différences pharmacologiques ont été signalés ^11. Néanmoins, la capacité de l'ENS de fonctionner indépendamment du système nerveux central ainsi que l'existence de motifs de neurones moteurs à médiation dans le SIcôlon olated fournit un système de dosage idéal pour étudier des troubles de la motilité résultant d'un dysfonctionnement ENS sous-jacent. La spontanéité de la motricité gastro-intestinaux fonctionnels permet des changements en réponse à des stimuli pharmacologiques pour être évalués.

L'utilisation de l'imagerie vidéo et la cartographie spatio-temporelle a été développé afin d'examiner quantitativement faible péristaltisme intestinal chez des cobayes ^12. Ici, une technique ex vivo est décrite qui permet l'étude des schémas de la motilité du côlon de souris en utilisant l'imagerie et l'analyse de ces enregistrements vidéo sur la construction à haute résolution (~ 100 um, de 33 msec) des cartes du diamètre du côlon en fonction de la position le long du côlon et de temps (cartes spatio-temporelles). En utilisant un logiciel interne de détection de bord (Analyse2; disponible sur demande), les données de pleine longueur segments coliques contractantes en temps réel sont traitées pour générer des cartes spatio-temporelles pour chaque expérience. Dans cette étape, vidéo (AVI) sont summarisée et convertis en cartes spatio-temporelles en utilisant Analyse2. Cartes spatio-temporelles (figure 2) représentent la contractilité dans le temps et permettent la mesure de plusieurs paramètres, dont la vitesse de propagation, l'ampleur, la durée et la durée. diamètre de l'intestin est également enregistrée pendant toute la durée de l'expérience en tant que mesure de la contractilité globale du segment de tissu. Cette méthode peut être appliquée pour identifier les différences de point d'initiation de complexes contractiles qui pourrait indiquer altérée connectivité neurale entérique.

Un protocole d'imagerie vidéo similaire conçu pour évaluer culot propulsion chez le cobaye a été rapporté ¹³ mais ici, nous présentons l'application de l'approche d'imagerie vidéo pour la quantification de la motilité colique spontanée (ie, en l'absence de pellets). Nous fournissons également des informations détaillées pour aider à la dissection et la préparation de tissu gastro-intestinal de l'approche d'imagerie vidéo. Ceprotocole fournit aux chercheurs un outil accessible et facile à reproduire pour l'analyse de contrôle neural entérique de la fonction gastro-intestinale chez des modèles animaux de la maladie, y compris les modèles génétiques de souris.

La technique d'imagerie vidéo permet l'analyse de la motricité colique en réponse à divers agents pharmacologiques. Les médicaments peuvent être administrés par l'intermédiaire de la lumière intestinale ou du bain d'organes externes de la préparation du côlon. Différentes régions du tractus gastro-intestinal de souris présentent des schémas de la motilité spécifiques tels que les petits segmentation CMMCs intestinal et dans le côlon.

Cette technique a été utilisée pour identifier les différences de contrainte en petite fonction intestinale; la sensibilité différentielle pour _5-HT3 et _5-HT4 antagonistes ont été observés dans le jéjunum de Balb / c et des souris C57 / BL6 en raison de la nature polymorphique du gène TPH2 exprimée dans les deux souches ^6. L'effet de la 5-HT inhibition sur la motilité reste concontroversée, car les données contradictoires a été rapporté sur l'importance d'un développement endogène 5-HT sur le péristaltisme du côlon et CMMCs ^14,15. Modifications de la motilité avant et pendant le développement postnatal ^7, ainsi que les effets de mutations géniques sur motilité gastro-intestinale chez des modèles animaux de maladie ¹⁰ peuvent également être examinés par imagerie en utilisant vidéo. Ici, nous illustrons l'utilisation du procédé à une étude de la motilité du côlon dans le modèle de souris NL3 ^R451C de l'autisme, qui exprime une mutation faux-sens dans le gène codant pour la protéine NLGN3 d'adhérence synaptique Neuroligin ^3-16. Cette mutation a été identifiée pour la première chez les patients diagnostiqués avec un trouble du spectre autistique (TSA) ^17, qui est fortement associée à un dysfonctionnement de GI ^18-22. Nous avons examiné si la mutation R451C synaptique NL3 affecte sorties de neurones dans l'ENS en utilisant la technique d'imagerie vidéo. Nous présentons des données caractérisant CMMCs au départ et en réponse à la 5H sérotoninergiqueT _3/4 antagoniste du récepteur tropisétron dans le modèle de souris NL3 ^R451C de l'autisme.