Video Imaging en Maps Spatiotemporal om gastro-intestinale motiliteit analyseren in Muizen

Het enterische zenuwstelsel (ENS) is de intrinsieke neuronale netwerk van het maagdarmkanaal en moduleert diverse functies zoals vertering van darminhoud, opname van voedingsstoffen en de secretie en reabsorptie van vocht. Neuronen van de ENS bevinden zich in de myenterische en submucosale plexus. De myenterische plexus speelt een belangrijke rol bij het ​​reguleren van gastro-intestinale motiliteit ¹ dat de submucosale plexus zich voornamelijk bezig met de controle secretie ^2,3. De myenterische plexus ligt tussen de longitudinale en circulaire spierlagen van de darmwandcomponenten. De contractiele activiteit van de gladde spierlagen van de darmwand vergemakkelijkt de primaire functies van het maagdarmkanaal door mengen en darminhoud voortbewegen over de lengte van de darm ^3. Hoewel de extrinsieke innervatie naar het maagdarmkanaal van de CNS bijdraagt ​​aan gastro-intestinale functie in vivoDe ENS kan reguleren gastro-intestinale functie onafhankelijk. Deze unieke eigenschap maakt het functionele onderzoek van enterische neuronale circuits en hun bijdrage aan maagdarmmotiliteit ex vivo.

Colon migreren motor complexen (CMMCs) zijn spontane, neurogene gebeurtenissen die zijn de belangrijkste motor patroon waargenomen in geïsoleerde muis colon in de afwezigheid van fecale pellets ^4-9. CMMCs worden gedefinieerd als ritmische samentrekkingen die zich voortplanten langs een horizontale afstand die ten minste de helft van de totale lengte van het colon (dwz van de blindedarm naar de endeldarm) ^10. De relatie tussen CMMCs en de contractiele patronen die fecale pellets voortbewegen moet nog duidelijk worden aangetoond, maar sommige farmacologische verschillen zijn gemeld ^11. Desondanks moet het vermogen van de ENS onafhankelijk functioneren van het CZS en het bestaan ​​van neurale gemedieerde motorische patronen in de IMolated colon biedt een ideale test systeem om verstoringen in de beweeglijkheid als gevolg van onderliggende ENS dysfunctie te onderzoeken. De spontaniteit van gastrointestinale motorische patronen maakt de functionele veranderingen in reactie op farmacologische stimuli worden beoordeeld.

Het gebruik van video-imaging en spatiotemporele mapping werd voor het eerst ontwikkeld om kwantitatief te onderzoeken dunne darm peristaltiek in cavia's ^12. Hier wordt een ex vivo werkwijze beschreven dat de studie van muis motiliteitspatronen maakt gebruik van videobeelden en analyse van deze opnames met hoge resolutie weer (~ 100 urn, 33 msec) kaarten van dikke diameter als functie van positie langs de colon en tijd (tijdruimtelijk maps). Met behulp van in-house edge detectie software (Analyse2; beschikbaar op aanvraag), de gegevens van de volledige lengte colon segmenten aanbestedende in real-time worden verwerkt tot spatiotemporele kaarten voor elk experiment te genereren. In deze stap, video (AVI) bestanden zijn summarized en omgezet in spatiotemporele kaarten met behulp van Analyse2. Tijdruimtelijk kaarten (figuur 2) tonen contractiliteit tijd en maken de meting van meerdere parameters zoals voortplantingssnelheid, omvang, lengte en duur. Gut diameter ook geregistreerd gedurende de duur van het experiment als een maat voor de globale contractiliteit van het weefselsegment. Deze methode kan worden toegepast om verschillen in de plaats van opening van contractiele complexen die veranderde enterische neurale verbindingen kunnen duiden.

Eenzelfde videobeelden model zodat pellet aandrijving beoordelen cavia's is gerapporteerd ¹³ maar hier beschrijven we de toepassing van de videobeelden benadering voor het kwantificeren van spontane motiliteit (dat wil zeggen in afwezigheid van pellets). Wij ook informatie om te helpen bij de dissectie en voorbereiding van maag-darmweefsel voor videobeelden benadering. Dezeprotocol voorziet onderzoekers een toegankelijke en eenvoudig herhaald voor de analyse van enterische neuronale controle van gastrointestinale functie in diermodellen van ziekten met inbegrip van genetische muismodellen.

De videobeelden techniek maakt de analyse van motiliteit in reactie op verschillende farmacologische middelen. Medicijnen kunnen worden toegediend via het darmlumen of orgaanbad buiten de colon preparaat. Verschillende gebieden van de muis maagdarmkanaal vertonen specifieke motiliteitspatronen zoals kleine darm segmentatie en CMMCs in de dikke darm.

Deze techniek is gebruikt om stamverschillen in kleine darmfunctie identificeren; differentiële gevoeligheid voor _5-HT3 en _{5-HT4-antagonisten} werden waargenomen in het jejunum van Balb / c en C57 / Bl6 muizen als gevolg van de polymorfe aard van de TPH2 gen expressie in de twee stammen ^6. Het effect van 5-HT-remming op beweeglijkheid blijft concontroversiële, zoals tegenstrijdige gegevens gerapporteerd over het belang van endogene 5-HT op colon peristaltiek en CMMCs ^14,15. Veranderingen in motiliteit pre- en postnataal ⁷ tijdens de ontwikkeling en de effecten van genmutaties op gastro-intestinale motiliteit in diermodellen van de ziekte kan ¹⁰ worden onderzocht door gebruik videobeelden. Hier tonen we gebruik van de werkwijze voor de studie van motiliteit in het NL3 ^R451C muismodel van autisme, dat een missense mutatie in het gen dat voor het Nlgn3 synaptische adhesieproteïne neuroligin ^3-16 tot expressie brengt. Deze mutatie werd het eerst geïdentificeerd in patiënten met autisme spectrum stoornis (ASS) ^17, die sterk wordt geassocieerd met GI dysfunctie ^18-22. We hebben onderzocht of de NL3 R451C synaptische mutatie invloed neurale uitgangen in de ENS met behulp van de video-beeldvormende techniek. We presenteren kenmerkende gegevens CMMCs op baseline en in reactie op het serotonerge 5HT _3/4 receptorantagonist tropisetron in het NL3 ^R451C muismodel van autisme.