आंत-व्युत्पन्न माइक्रोबियल मेटाबोलाइट्स में बहुआयामी प्रभाव होते हैं जो जानवरों में जटिल व्यवहार के लिए अग्रणी होते हैं। हमारा उद्देश्य एक गाइड कैनुला के माध्यम से इंट्रासेरेब्रोवेंट्रिकुलर डिलीवरी के माध्यम से मस्तिष्क में आंत-व्युत्पन्न माइक्रोबियल मेटाबोलाइट्स के प्रभावों को चित्रित करने के लिए एक चरण-दर-चरण विधि प्रदान करना है।
मेजबान शरीर विज्ञान और व्यवहार पर आंत माइक्रोबायोटा और उनके मेटाबोलाइट्स के प्रभाव की इस दशक में बड़े पैमाने पर जांच की गई है। कई अध्ययनों से पता चला है कि आंत माइक्रोबायोटा-व्युत्पन्न मेटाबोलाइट्स मेजबान में जटिल आंत-मस्तिष्क मार्गों के माध्यम से मस्तिष्क-मध्यस्थता शारीरिक कार्यों को संशोधित करते हैं। शॉर्ट-चेन फैटी एसिड (एससीएफए) आंत माइक्रोबायोम द्वारा आहार फाइबर किण्वन के दौरान उत्पादित प्रमुख बैक्टीरिया-व्युत्पन्न मेटाबोलाइट्स हैं। आंत से स्रावित एससीएफए परिधि में कई साइटों पर कार्य कर सकता है, एससीएफए रिसेप्टर्स के विशाल वितरण के कारण प्रतिरक्षा, अंतःस्रावी और तंत्रिका प्रतिक्रियाओं को प्रभावित करता है। इसलिए, एससीएफए के मौखिक और इंट्रापरिटोनियल प्रशासन के माध्यम से एससीएफए के केंद्रीय और परिधीय प्रभावों को अलग करना चुनौतीपूर्ण है। यह पेपर स्वतंत्र रूप से चलने वाले चूहों में एक गाइड कैनुला के माध्यम से मस्तिष्क में एससीएफए की कार्यात्मक भूमिका से पूछताछ करने के लिए एक वीडियो-आधारित विधि प्रस्तुत करता है। मस्तिष्क में एससीएफए की मात्रा और प्रकार को जलसेक मात्रा और दर को नियंत्रित करके समायोजित किया जा सकता है। यह विधि वैज्ञानिकों को मस्तिष्क में आंत-व्युत्पन्न मेटाबोलाइट्स की भूमिका की सराहना करने का एक तरीका प्रदान कर सकती है।
मानव जठरांत्र संबंधी मार्ग मेजबान 1,2,3 को प्रभावित करने वाले विविध सूक्ष्मजीवों को आश्रय देता है। ये आंत बैक्टीरिया मेजबान 4,5 द्वाराउपभोग किए गए आहार घटकों के उपयोग के दौरान आंत-व्युत्पन्न मेटाबोलाइट्स का स्राव कर सकते हैं। दिलचस्प बात यह है कि परिधि में चयापचय नहीं किए गए आंत मेटाबोलाइट्स को परिसंचरण 6 के माध्यम से अन्य अंगों में ले जाया जा सकताहै। ध्यान दें, ये स्रावित मेटाबोलाइट्स आंत-मस्तिष्क अक्ष के लिए मध्यस्थ के रूप में काम कर सकते हैं, जिसे केंद्रीय तंत्रिका तंत्र और आंत 7 के बीच द्विदिश संचार के रूप में परिभाषित कियागया है। पिछले अध्ययनों से पता चला है कि आंत-व्युत्पन्न मेटाबोलाइट्स जानवरों में जटिल व्यवहार और भावनाओं कोसंशोधित कर सकते हैं 8,9,10,11।
शॉर्ट-चेन फैटी एसिड (एससीएफए) आहार फाइबर और अपचनीय कार्बोहाइड्रेटके किण्वन के दौरान आंत माइक्रोबायोटा द्वारा उत्पादित मुख्य मेटाबोलाइट्स हैं। आंत12 में एसीटेट, प्रोपियोनेट और ब्यूटिरेट सबसे प्रचुर मात्रा में एससीएफए हैं। एससीएफए जठरांत्र संबंधी मार्ग में कोशिकाओं के लिए ऊर्जा स्रोत के रूप में काम करते हैं। आंत में अनमेटाबोलाइज्ड एससीएफए को पोर्टल नस के माध्यम से मस्तिष्क में ले जाया जा सकता है, इस प्रकार मस्तिष्क और व्यवहार को संशोधित किया जा सकताहै 6,12. पिछले अध्ययनों ने सुझाव दिया है कि एससीएफए न्यूरोसाइकियाट्रिकविकारों 6,12 में महत्वपूर्ण भूमिका निभा सकते हैं। उदाहरण के लिए, बीटीबीआर टी + आईटीपीआर 3टीएफ / जे (बीटीबीआर) चूहों में ब्यूटिरेट के इंट्रापरिटोनियल इंजेक्शन, ऑटिज़्म स्पेक्ट्रम डिसऑर्डर (एएसडी) का एक पशु मॉडल, ने उनके सामाजिक घाटेको बचाया। अवसादग्रस्त विषयों से माइक्रोबायोटा प्राप्त करने वाले एंटीबायोटिक-उपचारित चूहों ने चिंता जैसे व्यवहार और फेकल एससीएफए14 में वृद्धि देखी। नैदानिक रूप से, आमतौर पर विकासशील नियंत्रण15,16 की तुलना में एएसडी वाले लोगों में फेकल एससीएफए के स्तर में परिवर्तन देखा गया था। अवसाद वाले लोगों में स्वस्थ लोगों की तुलना में कम फेकल एससीएफए का स्तर होता है 17,18। इन अध्ययनों ने सुझाव दिया कि एससीएफए विभिन्न मार्गों के माध्यम से जानवरों और मनुष्यों में व्यवहार को बदल सकते हैं।
माइक्रोबियल मेटाबोलाइट्स शरीर में कई साइटों पर विविध प्रभाव डालते हैं, मेजबान शरीर विज्ञान और व्यवहार 4,19 को प्रभावित करते हैं, जिसमें जठरांत्र संबंधी मार्ग, वेगस तंत्रिका और सहानुभूति तंत्रिका शामिल हैं। परिधीय मार्गों के माध्यम से मेटाबोलाइट्स को प्रशासित करते समय मस्तिष्क में आंत-व्युत्पन्न मेटाबोलाइट्स की सटीक भूमिका को इंगित करना मुश्किल है। यह पेपर एक स्वतंत्र रूप से चलने वाले माउस के मस्तिष्क में आंत-व्युत्पन्न मेटाबोलाइट्स के प्रभावों की जांच करने के लिए एक वीडियो-आधारित प्रोटोकॉल प्रस्तुत करता है (चित्रा 1)। हमने दिखाया कि व्यवहार परीक्षणों के दौरान गाइड कैनुला के माध्यम से एससीएफए को तीव्र रूप से दिया जा सकता है। मेटाबोलाइट्स के प्रकार, मात्रा और जलसेक दर को उद्देश्य के आधार पर संशोधित किया जा सकता है। एक विशिष्ट मस्तिष्क क्षेत्र में आंत मेटाबोलाइट्स के प्रभाव का पता लगाने के लिए कैनुलाइजेशन की साइट को समायोजित किया जा सकता है। हम वैज्ञानिकों को मस्तिष्क और व्यवहार पर आंत-व्युत्पन्न माइक्रोबियल मेटाबोलाइट्स के संभावित प्रभाव का पता लगाने के लिए एक विधि प्रदान करना चाहते हैं।
आंत-व्युत्पन्न मेटाबोलाइट्स को बहुत सटीक तंत्र के बिना मस्तिष्क-मध्यस्थता रोगों से जोड़ा गया है, आंशिक रूप से शरीर में उनके कई बाध्यकारी साइटोंके कारण 6,12,24। पिछली रि…
The authors have nothing to disclose.
हम जानवरों की देखभाल के लिए राष्ट्रीय चेंग कुंग विश्वविद्यालय (एनसीकेयू) में प्रयोगशाला पशु केंद्र के कर्मचारियों को स्वीकार करते हैं। इस काम को चेंग-एचएसिंग मेडिकल फाउंडेशन के प्रोफेसर कुन-येन हुआंग एजुकेशन फंड से सी-डब्ल्यूएल तक छात्रवृत्ति द्वारा समर्थित किया गया था; ताइवान में विज्ञान और प्रौद्योगिकी मंत्रालय (मोस्ट) से धन: (अंडरग्रेजुएट रिसर्च मोस्ट 109-2813-सी-006-095-बी) से टी-एचवाई; (सर्वाधिक 107-2320-बी-006-072-MY3; 109-2314-B-006-046; 110-2314-B-006-114; 110-2320-B-006-018-MY3) से W-L.W.; और उच्च शिक्षा स्प्राउट परियोजना, शिक्षा मंत्रालय से एनसीकेयू में विश्वविद्यालय उन्नति के मुख्यालय से डब्ल्यू-एलडब्ल्यू तक।
Material | |||
Advil Liqui-Gels Solubilized Ibuprofen A2:D41 | Pfizer | n/a | |
Alexa Fluor 488 donkey anti-rabbit | ThermoFisher Scientific | A-21206 | |
Anti-Fluorescent Gold (rabbit polyclonal) | Millipore | AB153-I | |
Bottle Top Vacuum Filter, 500 mL, 0.22 μm, PES, Sterile | NEST | 121921LA01 | |
CaCl2 | Sigma-Aldrich | C1016 | ACSF: 0.14 g/L |
Chlorhexidine scrub 2% | Phoenix | NDC 57319-611-09 | |
Chlorhexidine solution | Phoenix | NDC 57319-599-09 | |
Commercial dummy | RWD Life Science | 62004 | Single_OD 0.20 mm/ M3.5/G = 0.5 mm |
Commercial guide cannul | RWD Life Science | 62104 | Single_OD 0.41 mm-27G/ M3.5/C = 2.5 mm |
Commercial injector | RWD Life Science | 62204 | Single_OD 0.21 mm-33G/ Mates with M3.5/C = 3.5 mm/G = 0.5 mm |
D-(+)-Glucose | Sigma-Aldrich | G8270 | ACSF: 0.61 g/L |
Dental acrylic | HYGENIC | n/a | |
Fixing screws | RWD Life Science | 62521 | |
Fluoroshield mounting medium with DAPI | Abcam | AB104139 | |
Horse serum | ThermoFisher Scientific | 16050130 | |
Insulin syringes | BBraun | XG-LBB-9151133S-1BX | 1 mL |
Isoflurane | Panion & BF biotech | DG-4900-250D | |
KCl | Sigma-Aldrich | P3911 | ACSF: 0.19 g/L |
Ketoprofen | Swiss Pharmaceutical | n/a | |
Lidocaine | AstraZeneca | n/a | |
Low melting point agarose | Invitrogen | 16520 | |
MgCl2 | Sigma-Aldrich | M8266 | ACSF: 0.19 g/L |
Microscope cover slips | MARIENFELD | 101242 | |
Microscope slides | ThermoFisher Scientific | 4951PLUS-001E | |
Mineral oil light, white NF | Macron Fine Chemicals | MA-6358-04 | |
NaCl | Sigma-Aldrich | S9888 | ACSF: 7.46 g/L |
NaH2PO4 | Sigma-Aldrich | S8282 | ACSF: 0.18 g/L |
NaHCO3 | Sigma-Aldrich | S5761 | ACSF: 1.76 g/L |
n-butyl cyanoacrylate adhesive (tissue adhesive glue) | 3M | 1469SB | 3M Vetbond |
Neural tracer | Santa Cruz | SC-358883 | FluoroGold |
Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | P6148 | |
Polyethylene tube | RWD Life Science | 62329 | OD 1.50, I.D 0.50 mm and OD 1.09, I.D 0.38 mm |
Puralube Vet (eye) Ointment | Dechra | 12920060 | |
Sodium acetate | Sigma-Aldrich | S2889 | SCFAs: 13.5 mM |
Sodium azide | Sigma-Aldrich | S2002 | |
Sodium butyrate | Sigma-Aldrich | B5887 | SCFAs: 8 mM |
Sodium propionate | Sigma-Aldrich | P1880 | SCFAs: 5.18 mM |
Stainless guide cannula | Chun Ta stainless steel enterprise CO., LTD. | n/a | OD 0.63 mm; Local vendor |
Stainless injector | Chun Ta stainless steel enterprise CO., LTD. | n/a | OD 0.3 mm; dummy is made from injector; local vendor |
Superglue | Krazy Glue | KG94548R | |
Triton X-100 | Merck | 1.08603.1000 | |
Equipment | |||
Cannula holder | RWD Life Science | B485-68217 | |
Ceiling camera | FOSCAM | R2 | |
Digital stereotaxic instruments | Stoelting | 51730D | |
Dissecting microscope | INNOVIEW | SEM-HT/TW | |
Glass Bead Sterilizer | RWD Life Science | RS1501 | |
Heating pad | Stoelting | 53800M | |
Leica microscope | Leica | DM2500 | |
Micro Dissecting Forceps | ROBOZ | RS-5136 | Serrated, Slight Curve; Extra Delicate; 0.5mm Tip Width; 4" Length |
Micro Dissecting Scissors | ROBOZ | RS-5918 | 4.5" Angled Sharp |
Microinjection controller | World Precision Instruments (WPI) | MICRO2T | SMARTouch Controller |
Microinjection syringe pump | World Precision Instruments (WPI) | UMP3T-1 | UltraMicroPump3 |
Microliter syringe | Hamilton | 80014 | 10 µL |
Optical Fiber Cold Light with double Fiber | Step | LGY-150 | Local vendor |
Pet trimmer | WAHL | 09962-2018 | |
Vaporiser for Isoflurane | Step | AS-01 | Local vendor |
Vibratome | Leica | VT1000S | |
Software | |||
Animal behavior video tracking software | Noldus | EthoVision | Version: 15.0.1416 |
Leica Application Suite X software | Leica | LASX | Version: 3.7.2.22383 |