Summary

In vitro Enregistrement de mésentérique Afférent activité nerveuse chez la souris jéjunale et Segments colique

Published: October 25, 2016
doi:

Summary

Mesenteric afferent nerves convey information from the gastrointestinal tract towards the brain regarding normal homeostasis as well as pathophysiology. Gastrointestinal afferent nerve activity can be assessed by mounting isolated intestinal segments with attached afferent nerves into an organ bath, isolating the nerve, and assessing basal as well as stimulated activity.

Abstract

nerfs afférents transmettent non seulement des informations sur la physiologie normale, mais signalent également l'homéostasie perturbée et les processus physiopathologiques des différents systèmes d'organes à partir de la périphérie vers le système nerveux central. A ce titre, l'augmentation de l'activité ou de «sensibilisation» des nerfs afférents mésentériques a été alloué un rôle important dans la physiopathologie de l'hypersensibilité viscérale et les syndromes de douleur abdominale.

L' activité nerveuse afférente mésentérique peut être mesurée in vitro dans un segment intestinal isolé qui est monté dans un bain d'organe construit à cet effet , et dont le nerf splanchnique est isolé, ce qui permet aux chercheurs d'évaluer directement l' activité des nerfs adjacents au segment gastro – intestinal. L'activité peut être enregistrée au début du traitement dans des conditions normalisées pendant la distension du segment ou après l'addition de composés pharmacologiques ou serosally délivrés de manière intraluminale. Cette technique permet d'le chercheur d'étudier facilement l'effet des médicaments ciblant le système nerveux périphérique dans les échantillons de contrôle; en outre, il fournit des informations cruciales sur la façon dont l'activité neuronale est modifiée au cours de la maladie. Il convient cependant de noter que la mesure de l' activité de la décharge neuronale afférente ne constitue une station relais dans la neuronal complexe cascade de signalisation, et les chercheurs doivent garder à l' esprit de ne pas négliger l' activité neuronale à d' autres niveaux (par exemple, les ganglions de la racine dorsale, la moelle épinière ou du système nerveux central ) afin d'élucider pleinement la physiologie neuronale complexe dans la santé et la maladie.

applications couramment utilisées comprennent l'étude de l'activité neuronale en réponse à l'administration d'un lipopolysaccharide et l'étude de l'activité nerveuse afférente dans les modèles animaux du syndrome du côlon irritable. Dans une approche plus de translation, le segment de l'intestin de souris isolé peut être exposé à des surnageants provenant de patients atteints d'IBS coliques. En outre, une modificationCette technique a été récemment révélé être applicable dans les échantillons du côlon humain.

Introduction

la signalisation sensorielle et la perception de la douleur est un processus complexe qui résulte d'une interaction complexe entre les nerfs afférents, les neurones de la colonne vertébrale, ascendants et descendants des voies facilitatrices et inhibitrices et plusieurs régions différentes du cerveau. A ce titre, des modifications à un ou plusieurs de ces niveaux peut entraîner une altération de la signalisation sensorielle et la douleur viscérale dans les états pathologiques. Pour étudier ces différents aspects de la signalisation sensorielle multiples techniques ont été développées à partir d' expériences allant de cellules individuelles (par exemple, l' imagerie calcique sur les neurones) pour les modèles entiers d'animaux (par exemple, les réponses comportementales telles que la réponse viscéromotrice). La technique décrite dans ce document permet aux chercheurs d'évaluer spécifiquement l' activité du nerf afférences in vitro à partir d' un segment isolé de l' intestin grêle ou du côlon chez les rongeurs. En bref, un segment gastro-intestinal isolé (habituellement jéjunum ou du côlon) est monté dans une chambre construite à cet effet l'enregistrement perfusé avec un K physiologiquesolution rebs. Le nerf splanchnique est disséquée et connecté à une électrode permettant l'enregistrement de l'activité neuronale dans afférences nerfs afférents splanchniques ou pelviennes. L' activité nerveuse peut être enregistrée basale ou en réponse à des pressions croissantes intraluminaux et / ou des composés pharmacologiques qui peuvent être appliqués directement dans la chambre d'enregistrement (serosally), ou via le perfusat intraluminal (mucosale) afin d' évaluer leur effet sur la décharge afférente 1-6 . À noter, les nerfs splanchniques contiennent également des fibres efférentes et afférences viscerofugal en plus des afférences sensorielles. L' un des principaux avantages de l' ex vivo enregistrement du nerf splanchnique est le fait que les chercheurs peuvent quantifier l' activité du nerf sans modulation ou de l' entrée du système nerveux central, permettant d'étudier l'effet direct des composés appliqués localement sur l' activité nerveuse. En outre, la surveillance des paramètres vitaux, comme cela est nécessaire en utilisant l'approche in vivo (voir ci – dessous), est no plus pertinente. In vitro l' enregistrement splanchnique est finalement beaucoup moins de temps que son homologue in vivo.

activité neuronale Afférent en réponse à d'autres stimuli, tels que la muqueuse caresser, de sondage en utilisant des poils de von Frey ou étirement du segment, peut être étudié dans un dispositif expérimental modifié dans lequel le tissu intestinal est coincé et ouvert longitudinalement (qui est en contraste notre configuration à l' aide d' un segment intact), comme cela a été décrit dans un précédent numéro 7,8. En outre, récemment, une technique a été décrite pour étudier colique activation nerveuse afférente dans la paroi colique lui – même via l' imagerie calcique, encore une fois en utilisant un goupillé vers le bas, ouvert longitudinalement le segment 9.

Une variante de cette technique consiste in vivo par mesure de l' activation neuronale près de l'entrée dans la moelle épinière du afférences. En bref, l'animal est placé sous sédation en position couchée, exposing la moelle épinière lombo – sacrée dans laquelle le nerf afférent des projets d'intérêt au moyen d' une laminectomie, la construction d' une paraffine remplie de puits en utilisant la peau de l'incision et le drapage de la radicule dorsale sur une électrode bipolaire de platine 10,11. Cette technique permet en outre aux chercheurs de caractériser des fibres en fonction de leur vitesse de conduction, et de distinguer les fibres C amyéliniques de Aδ fibres fines myélinisées. En outre, les radicelles dorsales contiennent exclusivement des fibres sensorielles afférentes, contrairement aux nerfs afférents et efférents splanchniques mixtes mentionnés précédemment.

Enregistrement afférences décharge nerveuse in vitro à partir isolés segments de l' intestin peut également être fait en utilisant des échantillons humains, en tant que deux groupes de recherche publiés indépendamment premiers en homme manuscrits enregistrement de l' activité du nerf afférences colique résection humaine spécimens 12,13. La mise en œuvre de cette technique pourrait entraîner une plus facilement translatisur des données murins à l'état humain, et pourrait permettre aux chercheurs d'identifier facilement des médicaments ciblant le nerf sensitif sensibilisé. L'importance clinique de caractériser l'activité nerveuse afférente, ainsi que la découverte de nouveaux réactifs thérapeutiques qui ciblent l' activité du nerf afférences exorbitant, a été minutieusement examiné par de nombreux experts dans le domaine de 14-19.

La technique in vitro ci – dessus complète le plus communément connus dans la mesure in vivo de l' activité nerveuse afférente. Lors de la mesure de l' activité neuronale in vivo, l' activité du nerf peut être mesuré directement chez l'animal sous sédation au cours de laquelle le segment d'intérêt est identifié et ensuite intubé, et une paraffine remplie de liquide et est construit en utilisant la paroi abdominale et la peau du rongeur 20. Le nerf afférences d'intérêt est alors identifié, sectionné et placé sur une électrode de platine bipolaire, ce qui permet de l'activité neuronale DE MESUREt. Cette technique permet au chercheur de moduler l'activité des nerfs afférents à vivre bien des animaux sous sédation; à ce titre, on peut étudier l'activité neuronale répond aux perturbations telles que la distension luminale ou l'administration intraveineuse d'un composé.

La recherche translationnelle se concentre aujourd'hui principalement sur l'application des surnageants d'origine humaine (par exemple., À partir de biopsies coliques, des cellules périphériques cultivées mononucléaires du sang, etc.) sur les afférences de souris jéjunum et / ou colique 21,22. Les chercheurs peuvent appliquer directement surnageants soit dans le bain d'organe ou dans la solution intraluminal qui perfuse le segment de l'intestin, de sorte que les effets différentiels de séreuse contre l'application de la muqueuse peuvent être étudiés sur la décharge nerveuse afférente. En tant que tel, il a été montré que colique supernatans biopsie de la muqueuse de patients atteints du syndrome du côlon irritable peuvent causer des réactions allergiques chez les afférences colique de souris, Guinée porcs neurones sous-muqueux et dorsale de la souris racineneurones ganglionnaires 21,23,24.

Enfin, l'enregistrement de l'activité neuronale ne se limite pas au mésentérique et / ou des neurones du bassin innervant le tractus gastro-intestinal. D' autres ont démontré que les enregistrements nerveuses peuvent être effectuées dans les afférences fournissant l'articulation du genou 25, tandis que d' autres ont caractérisé la vessie activité nerveuse afférente et 26-28, et a démontré que les afférences du bassin de la vessie et du tractus gastro – intestinal convergent, qui peut entraîner des neurones diaphonie 29.

Protocol

Toutes les expériences sur les animaux décrits ci-dessous ont été approuvés par le Comité d'éthique médicale et de l'utilisation des animaux d'expérimentation à l'Université d'Anvers (numéro de dossier 2012-42). 1. Préparation des tissus de jéjunale et colique afférentes Nerfs Préparation du nerf afférences jéjunale Effectuer l' euthanasie des rongeurs du rongeur adolescent ou un adulte qui a été approuvé avant l'expérienc…

Representative Results

l'activité du nerf afférences jéjunale a été mesurée à la ligne de base et en réponse à la rampe distension 9 vieille de huit semaines mâle de 1 souris. Les animaux ont été logés dans des groupes dans des conditions normalisées (6 animaux par cage, 20 – 22 ° C, humidité 40 – 50%, 12 cycle de lumière-obscurité h) avec un accès illimité à l'eau du robinet et de chow régulière. segments jéjunales de souris affichées irrégulière décharge nerveuse afférenc…

Discussion

Le protocole dans le présent document décrit une technique de laboratoire reproductible pour étudier l' activité du nerf afférences mésentérique chez les rongeurs utilisé par notre groupe et d' autres 3,4,7,8,12,20,21,31. Les étapes critiques au sein du protocole comprennent l'isolement rapide du tissu, l'aspiration du brin du nerf dans l'électrode d'aspiration et la «fermeture» appropriée du capillaire de verre à partir du bain d'organe par aspiration entourant le ti…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

SN performed the experiments described above, performed the data analysis and drafted the manuscript. AD and JDM implemented the technique at our research facilities and aided in the data analysis. HC aided in performing the experiments. WJ, CK and DG assisted in implementing the afferent measurement technique in our lab, the data analysis and interpretation of the results. SF, JDM and BDW designed the study. All authors critically read and approved the final manuscript. SN is an aspirant of the Fund for Scientific Research (FWO), Flanders (11G7415N). This work was supported financially by the FWO (G028615N and G034113N).

Materials

sodium chloride (NaCl) VWR Chemicals 27,810,295 compound Krebs solution
potassium chloride (KCl) Acros organics 196770010 compound Krebs solution
sodium dihydrogen phosphate (NaH2PO4) VWR Chemicals 1,063,461,000 compound Krebs solution
sodium bicarbonate (NaHCO3) Merck 1,063,291,000 compound Krebs solution
magnesium sulfate (MgSO4) Merck 1,058,861,000 compound Krebs solution
calcium chloride (CaCl2) Merck 23,811,000 compound Krebs solution
D-glucose VWR Chemicals 1011175P compound Krebs solution
Distilled water compound Krebs solution
PVC tubing Scientific Laboratory Supplies The intestinal segment should be mounted over PVC tubing
Silicone tubing Scientific Laboratory Supplies The rest of the tubing, ideally silicone-based – more easily dislodging of debris in the tubing
Silk thread Pearsall Limited 10B15S220 Attachment of the segment over the PVC tubing
Syringe driver Harvard Apparatus 55-2222 Intraluminal infusion of Krebs
Binocular – including 10x magnification in oculair Zeiss STEMI 2000 Optimal visualization for the dissection of the afferent nerve
Homeothermic Blanket Control Unit Harvard Apparatus 507214 Heating of the organ chamber
Custom made organ bath with Sylgard covered bottom
Spike2 software Recording and analysis of the data
Insect pins, 500 pieces, stainless steel, diameter 0.2 mm Austerlitz insect pins minutiens Dissection of the afferent nerve
Tweezer Dumont #5 inox 11cm World Precision Instrument 500341 Dissection of the afferent nerve
Scissors, spring, 14 cm World Precision Instrument 15905 Dissection of the afferent nerve
DB digitimer  NL 108T2/10 pressure transducer
Micromanipulator Narishige M-3333 3D manipulation of the suction electrode
Micromanipulator X-4 rotating block 3D manipulation of the suction electrode
Micromanipulator GJ-8 magnetic stand 3D manipulation of the suction electrode
LightSource Euromex Microscopes Holland EK-1 Optimal visualization for the dissection of the afferent nerve
CED 1401 Recording Apparatus Recording of afferent nerve activity
Humbug 50/60Hz Noise Eliminator Quest Scientific Instruments Elimination of background noise
Infusion Pump Gibson Minipuls 2 Infusion of the organ chamber in which the segment is mounted
Microelectrode Holder Half Cells 1.5 mm World Precision Instrument MEH2SW Suction electrode for isolation of the afferent fiber
Borosilicate Glass Capillaries, 300 pc; 1.5/0.84 OD/ID World Precision Instrument 1B150-4 Capillary for the isolation of the afferent nerve

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Citazione di questo articolo
Nullens, S., Deiteren, A., Jiang, W., Keating, C., Ceuleers, H., Francque, S., Grundy, D., De Man, J. G., De Winter, B. Y. In Vitro Recording of Mesenteric Afferent Nerve Activity in Mouse Jejunal and Colonic Segments. J. Vis. Exp. (116), e54576, doi:10.3791/54576 (2016).

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