Summary

במבחנת ההקלטה של פעילות עצבית Mesenteric מביא עכבר Jejunal ופלחים גסים

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

עצבים מביאים לא רק להעביר מידע הנוגע הפיסיולוגיה נורמלית, אלא גם לאותת הומאוסטזיס מופרע ותהליכי pathophysiological של מערכות האיברים השונות מהפריפריה כלפי מערכת העצבים המרכזית. ככזה, הפעילות המוגברת או 'הרגישות' עצבים מביאים mesenteric הוקצתה תפקיד חשוב בפתופיזיולוגיה של רגישות יתר קרבית ותסמונות כאב בטן.

ניתן למדוד Mesenteric פעילות עצבית מביאה במבחנה בתוך קטע מעי מבודד כי הוא רכוב באמבט שנבנה במיוחד איברים שממנו העצב splanchnic מבודד, ומאפשר לחוקרים להעריך את פעילות עצב ישירות בסמוך במגזר העיכול. פעילות ניתן להקליט בתחילת המחקר בתנאים סטנדרטיים, במהלך ההתנפחות של המגזר או בעקבות התוספת של תרכובות תרופתיות נמסרו intraluminally או serosally. טכניקה זו מאפשרתהחוקר כדי לחקור את ההשפעה של תרופות המכוונות למערכת העצבים ההיקפית בקלות דגימות שליטה; וחוץ מזה, זה מספק מידע חיוני על איך העצבית פעילות משתנה במהלך המחלה. אצוין עם זאת כי מדידת פעילות ירי עצבית מביאה רק מהווה תחנת ממסר אחד העצבי מורכב מפל איתות, וחוקרים צריכים לזכור שלא להתעלם פעילות עצבית ברמות אחרות (למשל, גרעיני שורש הגבה, חוט שדרה או מרכזי מערכת עצבים ) על מנת להבהיר את הפיזיולוגיה העצבית מורכבים מלא בבריאות ובחולי.

בדרך כלל יישומים בשימוש כוללים את חקר פעילות עצבית בתגובת הממשל של lipopolysaccharide, ואת המחקר של פעילות עצבית מביאה במודלים של בעלי חיים של תסמונת מעי רגיז. בגישה translational יותר, קטע מעי העכבר המבודד יכול להיחשף supernatants גס מחולי IBS. יתר על כן, שינויבטכניקה זו הוצגה לאחרונה לחול בדגימות הגס האנושי.

Introduction

איתות חושית תפיסת כאב היא תהליך מורכב נובע גומלין מורכב שבין העצבים מביאים, הנוירונים שדרה, עולה ושבילי facilitatory מעכבים וכמה אזורים שונים במוח יורדים. ככזה, שינויים באחת או יותר של רמות אלו עלולים לגרום איתות חושית שינתה וכאב בטן במדינות מחלה. כדי ללמוד את כל ההיבטים השונים הללו של מספר רב של טכניקות חושיות איתות פותחיו החל ניסויי תא בודדים (למשל, הדמית סידן על נוירונים) כדי במודלים של בעלי חיים שלמים (למשל, תגובות התנהגותיות כגון תגובת visceromotor). הטכניקה המתוארת במאמר זה מאפשרת לחוקרים להעריך את פעילות עצב מביאה במיוחד במבחנה מפלחת מבודדת של מעי דק או מעי גס במכרסמים. בקיצור, פלח עיכול מבודד (בדרך כלל מְעִי צָם או מעי גס) מותקן בתא הקלטה ייעודי perfused עם K פיסיולוגיפתרון ריב '. עצב splanchnic הוא גזור חינם ומחובר לאלקטרודה המאפשר רישום של פעילות עצבית מביאה בעצבים מביאים splanchnic או אגן. ניתן להקליט פעילות עצבית basally או בתגובת הגדלה לחצי intraluminal ו / או תרכובות תרופתיות שניתן ליישם באופן ישיר לתוך תא ההקלטה (serosally), או באמצעות perfusate intraluminal (mucosally) כדי להעריך את השפיע על פריקה מביא 1-6 . ראוי לציין, עצבים splanchnic מכילים גם סיבים efferent ו afferents viscerofugal בנוסף afferents חושית. אחד היתרונות הגדולים של הקלטה עצב splanchnic vivo לשעבר היא העובדה כי החוקרים יכולים לכמת פעילות עצבית ללא אפנון או קלט ממערכת העצבים המרכזית, המאפשר אחד כדי ללמוד את ההשפעה הישירה של תרכובות מיושם באופן מקומי על פעילות עצבית. יתר על כן, ניטור של פרמטרים חיוניים, ככל שיהיה דרוש בגישת in vivo (ראה להלן), הוא no הכלח. הקלטה splanchnic במבחנה הוא סוף סוף הרבה פחות זמן רב יותר מאשר עמיתו vivo ב שלה.

הביא פעילות עצבית בתגובה לגירויים אחרים, כגון ליטוף רירי, חיטוט באמצעות שערות פון פריי או מתיחה של המגזר, ניתן ללמוד בתוך הגדרת ניסוי שונה שבו רקמת המעי היא מרותקת ופתח longitudinally (וזה בניגוד ההגדרה שלנו באמצעות מגזר שלם), כפי שתוארה בגיליון קודם 7,8. בנוסף, רק לאחרונה, טכניקה תוארה ללמוד הפעלת עצבים מביאים גסה בקיר הגס עצם באמצעות הדמית סידן, שוב באמצעות מרותקים, longitudinally נפתח קטע 9.

גרסה אלטרנטיבית של טכניקת in vivo זה מורכב מתוך מדידת הפעלה עצבית ליד הכניסה מביאה אל חוט השדרה. בקיצור, החיה המסוממת היא להציב בעמדה, דואר נוטהxposing חוט השדרה lumbosacral שאליו העצב מביא פרויקטים עניין באמצעות laminectomy, בניית היטב מולא פרפין באמצעות העור של החתך ומקשטות את הגב שָׁרשׁוֹן על אלקטרודה דו קוטבית פלטינה 10,11. טכניקה זו יתר על כן מאפשרת לחוקרים לאפיין סיבים מבוססים על מהירות ההולכה שלהם, ולהבדיל C-סיבי unmyelinated מ Aδ-סיב myelinated הדק. יתר על כן, שורשונים הגבו בלעדי מכילים סיבים חושיים מביאים, בניגוד עצבי splanchnic מביא ו efferent המעורבים כאמורים.

הקלטה פריקה עצב מביא במבחנה מפלחת בטן מבודדת יכול להיעשות גם באמצעות דגימות אנושיות, כמו שתי קבוצות מחקר שפורסמו עצמאי כתבי היד הראשונות ב-אדם הקלטת פעילות עצב מביא גס כריתת אדם דגימות 12,13. יישום טכניקה זו יכולה לגרום יותר בקלות translatiעל נתוני murine למדינה ההומנית, ויכול לאפשר לחוקרים לזהות תרופות מיקוד העצב התחושתי הרגיש בקלות. החשיבות הקלינית של מאפיינים את פעילות עצבים מביאים, כמו גם גילוי ריאגנטים טיפוליים חדשים כי למקד פעילות עצבית מביאה מופקעת, כבר ונדונה בהרחבה על ידי מומחים רבים בתחום 14-19.

האמורה במבחנת הטכניקה משלימה את ידוע יותר בכינויו במדידת vivo של פעילות עצבית מביא. במהלך in vivo מדידת פעילות עצבית, פעילות עצבית ניתן למדוד ישירות את החיה המסוממת שבמהלכו הקטע של עניין מזוהה ולאחר מכן מחובר לצינורות, וכן פרפין מלא נוזל גם נבנה באמצעות דופן הבטן והעור של המכרסמים 20. העצב של עניין המביא מזוהה אז, מחולק והניח על אלקטרודה פלטינה דו קוטבית, המאפשר measuremen פעילות העצביתt. טכניקה זו מאפשרת לחוקר לווסת פעילות עצבית מביאה לחיות אם כי חיות מסוממות; ככזה, אפשר ללמוד הפעילות העצבית להגיב הפרעות כגון התנפחות לומינל או עירוי לוריד של תרכובת.

מחקר Translational כיום בעיקר מתמקד ביישום של supernatants נגזרות האנושיות (למשל., ביופסיות גסות, תאי הדם היקפיים mononuclear מעובדים, וכו ') על afferents עכבר jejunal ו / או מעי הגס 21,22. חוקרים יכולים ישירות להחיל supernatants או לאמבטית האיבר או לתוך תמיסת intraluminal כי perfuses במגזר המעי, כך השפעות שונות של serosal לעומת יישום רירי ניתן ללמוד על פריקת עצב מביאה. ככזה, הוא הוצג supernatans ביופסיה של רירית מעי גס כי מחולים עם תסמונת מעי רגיז יכול לגרום רגישות יתר ב afferents גס עכבר, נוירונים submucous שרקן ואת שורש הגבה עכברנוירונים גנגליון 21,23,24.

לבסוף, להקליט פעילות עצבית אינו מצטמצם אך בפגיעת mesenteric ו / או נוירונים אגן innervating מערכת העיכול. אחרים הוכיחו כי הקלטות עצבות יכולות להתבצע afferents באספקת הברך 25 משותפים, בעוד שאחרים הגדירו שלפוחית פעילות עצבית מביא גם 26-28, והוכיחו כי afferents אגן משלפוחית השתן וכן מערכת העיכול להתכנס, ואולי וכתוצאה מכך עצבי crosstalk 29.

Protocol

כל הניסויים בבעלי חיים כמתואר להלן אושרו על ידי ועדת לאתיקה רפואית ושימוש בחיות מעבדה באוניברסיטת אנטוורפן (מספר התיק 2012-42). 1. רקמות הכנת Jejunal ועצבים גסים מביא הכנת העצב מביא jejunal <o…

Representative Results

פעילות העצבית Jejunal מביאה נמדדה בתחילת מחקר והן בתגובת כבש ההתנפחות ב 9 זכר בן שמונה שבועות עתיקים-1 עכברים. בעלי חיים שוכנו בקבוצות בתנאים סטנדרטיים (6 חיות לכל כלוב, 20 – 22 מעלות צלזיוס, לחות 40 – 50%, 12 מחזור hr אור כהה) עם גישה בלתי מוגבלת מי ברז ו צ'או קבוע…

Discussion

הפרוטוקול במאמר זה מתאר טכניקת מעבדה לשחזור ללמוד פעילות עצבית מביא mesenteric במכרסמים כפי שמוצג על ידי הקבוצה שלנו ואחרים 3,4,7,8,12,20,21,31. צעדים קריטיים בתוך הפרוטוקול כוללים את הבידוד המהיר של הרקמה, שאיפה של גדיל העצב לתוך האלקטרודה היניקה ו 'איטום' הנאה של נימי …

Disclosures

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

References

  1. Donovan, J., Grundy, D. Endocannabinoid modulation of jejunal afferent responses to LPS. Neurogastroenterol Motil. 24 (10), 956-e465 (2012).
  2. Gregersen, H., Jiang, W., Liao, D., Grundy, D. Evidence for stress-dependent mechanoreceptors linking intestinal biomechanics and sensory signal transduction. Exp Physiol. 98 (1), 123-133 (2013).
  3. Keating, C., et al. Afferent hypersensitivity in a mouse model of post-inflammatory gut dysfunction: role of altered serotonin metabolism. J Physiol. 586 (18), 4517-4530 (2008).
  4. Liu, C. Y., Jiang, W., Muller, M. H., Grundy, D., Kreis, M. E. Sensitization of mesenteric afferents to chemical and mechanical stimuli following systemic bacterial lipopolysaccharide. Neurogastroenterol Motil. 17 (1), 89-101 (2005).
  5. Deiteren, A., et al. Mechanisms contributing to visceral hypersensitivity: focus on splanchnic afferent nerve signaling. Neurogastroenterol Motil. 27 (12), 1709-1720 (2015).
  6. Nullens, S., et al. The effect of prolonged CLP-induced sepsis on mesenteric afferent nerve activity in mice. Neurogastroenterol Motil. 27 (Suppl 2), 22 (2015).
  7. Brierley, S. M., Jones, R. C., Gebhart, G. F., Blackshaw, L. A. Splanchnic and pelvic mechanosensory afferents signal different qualities of colonic stimuli in mice. Gastroenterology. 127 (1), 166-178 (2004).
  8. Feng, B., Gebhart, G. F. In vitro functional characterization of mouse colorectal afferent endings. J Vis Exp. (95), e52310 (2015).
  9. Travis, L., Spencer, N. J. Imaging stretch-activated firing of spinal afferent nerve endings in mouse colon. Front Neurosci. 7, 179 (2013).
  10. De Schepper, H. U., et al. TRPV1 receptor signaling mediates afferent nerve sensitization during colitis-induced motility disorders in rats. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 294 (1), G245-G253 (2008).
  11. Sengupta, J. N., Gebhart, G. F. Characterization of mechanosensitive pelvic nerve afferent fibers innervating the colon of the rat. J Neurophysiol. 71 (6), 2046-2060 (1994).
  12. Jiang, W., et al. First-in-man’: characterising the mechanosensitivity of human colonic afferents. Gut. 60 (2), 281-282 (2011).
  13. Peiris, M., et al. Human visceral afferent recordings: preliminary report. Gut. 60 (2), 204-208 (2011).
  14. Brookes, S. J., Spencer, N. J., Costa, M., Zagorodnyuk, V. P. Extrinsic primary afferent signalling in the gut. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 10 (5), 286-296 (2013).
  15. Bulmer, D. C., Grundy, D. Achieving translation in models of visceral pain. Curr Opin Pharmacol. 11 (6), 575-581 (2011).
  16. De Winter, B. Y., De Man, J. G. Interplay between inflammation, immune system and neuronal pathways: effect on gastrointestinal motility. World J Gastroenterol. 16 (44), 5523-5535 (2010).
  17. Akbar, A., Yiangou, Y., Facer, P., Walters, J. R., Anand, P., Ghosh, S. Increased capsaicin receptor TRPV1-expressing sensory fibres in irritable bowel syndrome and their correlation with abdominal pain. Gut. 57 (7), 923-929 (2008).
  18. De Schepper, H. U., et al. TRPV1 receptors on unmyelinated C-fibres mediate colitis-induced sensitization of pelvic afferent nerve fibres in rats. J Physiol. 586 (21), 5247-5258 (2008).
  19. Vermeulen, W., et al. Role of TRPV1 and TRPA1 in visceral hypersensitivity to colorectal distension during experimental colitis in rats. Eur J Pharmacol. 698 (1-3), 404-412 (2013).
  20. Booth, C. E., Shaw, J., Hicks, G. A., Kirkup, A. J., Winchester, W., Grundy, D. Influence of the pattern of jejunal distension on mesenteric afferent sensitivity in the anaesthetized rat. Neurogastroenterol Motil. 20 (2), 149-158 (2008).
  21. Hughes, P. A., et al. Sensory neuro-immune interactions differ between irritable bowel syndrome subtypes. Gut. 62 (10), 1456-1465 (2013).
  22. Hughes, P. A., et al. Immune derived opioidergic inhibition of viscerosensory afferents is decreased in Irritable Bowel Syndrome patients. Brain Behav Immun. 42, 191-203 (2014).
  23. Buhner, S., et al. Neuronal activation by mucosal biopsy supernatants from irritable bowel syndrome patients is linked to visceral sensitivity. Exp Physiol. 99 (10), 1299-1311 (2014).
  24. Wouters, M. M., et al. Histamine Receptor H1-mediated Sensitization of TRPV1 Mediates Visceral Hypersensitivity and Symptoms in Patients With Irritable Bowel Syndrome. Gastroenterology. , (2016).
  25. Brenn, D., Richter, F., Schaible, H. G. Sensitization of unmyelinated sensory fibers of the joint nerve to mechanical stimuli by interleukin-6 in the rat: an inflammatory mechanism of joint pain. Arthritis Rheum. 56 (1), 351-359 (2007).
  26. Christianson, J. A., Liang, R., Ustinova, E. E., Davis, B. M., Fraser, M. O., Pezzone, M. A. Convergence of bladder and colon sensory innervation occurs at the primary afferent level. Pain. 128 (3), 235-243 (2007).
  27. Daly, D. M., Chess-Williams, R., Chapple, C., Grundy, D. The inhibitory role of acetylcholine and muscarinic receptors in bladder afferent activity. Eur Urol. 58 (1), 22-28 (2010).
  28. Minagawa, T., Wyndaele, M., Aizawa, N., Igawa, Y., Wyndaele, J. J. Mechanisms of pelvic organ cross-talk: 2. Impact of colorectal distention on afferent nerve activity of the rat bladder. J Urol. 190 (3), 1123-1130 (2013).
  29. Wyndaele, M., et al. Mechanisms of pelvic organ crosstalk: 1. Peripheral modulation of bladder inhibition by colorectal distention in rats. J Urol. 190 (2), 765-771 (2013).
  30. Keating, C., Nocchi, L., Yu, Y., Donovan, J., Grundy, D. Ageing and gastrointestinal sensory function: Altered colonic mechanosensory and chemosensory function in the aged mouse. J Physiol. , (2015).
  31. Valdez-Morales, E. E., et al. Sensitization of Peripheral Sensory Nerves by Mediators From Colonic Biopsies of Diarrhea-Predominant Irritable Bowel Syndrome Patients: A Role for PAR2. Am J Gastroenterol. 108 (10), 1634-1643 (2013).

Play Video

Cite This Article
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).

View Video