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.
求心性神経は正常な生理機能に関する情報を伝えるだけでなく、中枢神経系に向かって周囲から乱れ恒常性と異なる器官系の病態生理学的プロセスを知らせるだけでなく。このように、腸間膜求心性神経の活性の増加または「感作」は、内臓過敏症と腹部の疼痛症候群の病態生理に重要な役割を割り当てられています。
腸間膜求心性神経活動は、専用の器官浴中に取り付けられ、そこから内臓神経は、研究者が直接消化管セグメントに隣接する神経活動を評価することを可能にする、単離されている単離された腸セグメントにおいてインビトロで測定することができます。活動は、セグメントの膨満または管腔内またはserosally配信薬理学的化合物の添加後の間に、標準化された状態で、ベースラインで記録することができます。この技術は、可能研究者は、簡単コントロール検体における末梢神経系を標的とする薬剤の効果を研究します。他にも、それは病気の間に変更されている方法ニューロン活動に関する重要な情報を提供します。 例えば、後根神経節、脊髄または中枢神経系(求心性ニューロンの発火活性を測定することのみシグナル伝達カスケードの複雑な神経で1つの中継局を構成し、研究者は他のレベルでの神経活動を見落とさないように心に留めなければならないことに留意すべきです)完全に健康と病気における複雑な神経生理学を解明するためです。
一般的に使用されるアプリケーションは、リポ多糖の投与に応答した神経活動の研究、および過敏性腸症候群の動物モデルでの求心性神経活動の研究が含まれます。より翻訳アプローチでは、単離されたマウスの腸セグメントは、IBS患者の結腸の上清に曝露することができます。また、修正この技術の最近のヒト結腸検体において適用可能であることが示されています。
感覚シグナリングおよび疼痛知覚は、求心性神経、脊髄神経細胞、昇順と降順促通と抑制性経路およびいくつかの異なる脳領域間の複雑な相互作用から生じる複雑なプロセスです。このように、これらのレベルの一つ以上における変化は、変化した感覚シグナリングおよび疾患状態における内臓痛をもたらすことができます。感覚シグナリング複数の技術のすべてのこれらのさまざまな側面を研究するために、単一細胞実験に至るまで開発されている( 例えば、神経細胞上のカルシウムイメージング)は、全体の動物モデルに( 例えば、内臓運動応答として行動反応)。この論文に記載された技術は、研究者は、具体的にげっ歯類において小腸または結腸の孤立したセグメントからin vitroでの求心性神経活動を評価することができます。要するに、孤立した胃腸のセグメントは、(通常は空腸または結腸)生理Kで灌流専用記録チャンバー内に搭載されていますrebsソリューション。内臓神経は自由解剖し、内臓や骨盤の求心性神経における求心性神経活動の登録を可能にする電極に接続されています。神経活動は、求心性放電1-6に対する効果を評価するために、基底にまたは直接記録チャンバー(serosally)に適用することができる管腔内圧力および/または薬理学的化合物の増加に応じて記録された、または腔内灌流(粘膜)を介してすることができます。注目すべきは、内臓神経はまた、求心性感覚神経に加えて、遠心性繊維とviscerofugal求心性神経が含まれています。 ex vivoで内臓神経の記録の主要な利点の一つは、研究者が、神経活動に局所的に適用される化合物の直接の効果を研究するために、1つを可能にする、中枢神経系からの変調または入力なしで神経活動を定量化することができるという事実です。さらに、 インビボでのアプローチを使用して必要であるとして重要なパラメータの監視は、(下記参照)、nはO長く関連する。 インビトロ内臓記録は最終的にはるかに少ない時間がかかり、そのin vivoでの対応を超えています。
このような粘膜なでるなどの他の刺激、フォン・フレイ毛を使用したプロービングまたはセグメントの延伸に応じて、求心性神経活動は、腸組織が釘付けとは対照的である(縦方向に開放された修正された実験で研究することができます前号7,8で説明したように、無傷のセグメントを使用して私たちのセットアップ)、。また、ごく最近になって、技術が再び縦方向にセグメント9を開いて、釘付け使用して、カルシウムイメージングを介した結腸壁自体に結腸求心性神経の活性化を研究するために説明しました。
このin vivoでの技術の代替バージョンは、脊髄への求心性のエントリの近くに神経活動を測定するの外に構成されています。要するに、鎮静させた動物は、腹臥位で電子を配置されています、椎弓切除術による関心のプロジェクトの求心性神経に腰仙脊髄をxposingパラフィンで満たされただけでなく、切開部の皮膚を使用して、白金双極電極10,11の上に背細根を立体裁断を構築します。この技術は、さらに、研究者が彼らの伝導速度に基づいて、繊維を特徴付けることができ、薄く有髄Aδ線維から無髄C線維を区別する。また、背側根は、排他的に前述の混合求心性と遠心性内臓神経とは対照的に、感覚求心性繊維を含んでいます。
2つの研究グループが独立して人間の切除標本12,13における結腸求心性神経活動を記録するファースト・イン・マン写本を公開している、単離された腸セグメントからのin vitroでの求心性神経放電を記録することは、人間の標本を使用しても行うことができます。この技術の実装がより容易にtranslatiにつながる可能性人道的な状態にネズミのデータの上に、と研究者が容易に増感知覚神経を標的とする薬剤を同定する可能性があります。求心性神経活動を特徴づけるの臨床的重要性だけでなく、法外な求心性神経活動を標的とする新しい治療薬の発見、精巧フィールド14-19で多くの専門家によって議論されてきました。
上記のインビトロ技術は、より一般的に求心性神経活動のin vivoでの測定で知られて補完します。 インビボでのニューロンの活性測定の間、神経活動は、目的のセグメントが識別され、続いて挿管し、そして液体よくパラフィン充填されている間鎮静動物において直接測定することができる齧歯類20の腹壁および皮膚を用いて構成されています。関心の求心性神経は、その後、神経活動のmeasuremenを可能にする、双極白金電極上に切断し、置かれ、識別されトン。この技術は、鎮静動物いえ生きで求心性神経活動を調節するために研究を可能にします。以下のような、1は、このような管腔膨満または化合物の静脈内投与などの干渉に応答するニューロンの活動を学ぶことができます。
トランスレーショナル研究は、最近、主にヒト由来の上清のアプリケーションに焦点を当てて( 例えば 、結腸生検、栽培末梢血単核細胞などからの)空腸および/または結腸マウスの求心性神経21,22上。粘膜アプリケーションに対する漿膜の差動効果が求心性神経放電に研究することができるので、研究者は直接、臓器浴にまたは腸セグメントを灌流管腔内溶液中にいずれかの上清を適用することができます。このように、それは過敏性腸症候群の患者からの結腸粘膜生検supernatansは、マウス結腸求心性神経、モルモット粘膜下神経細胞とマウスの後根に過敏症を引き起こすことができることが示されました神経節ニューロン21,23,24。
最後に、神経活動を記録することは腸間膜に制限および/または骨盤神経細胞は、胃腸管を支配されていません。他の人が他の人が26-28と同様の膀胱求心性神経活動を特徴とし、膀胱から骨盤の求心性神経だけでなく、消化管が収束することを証明し、おそらく神経細胞が得られているのに対し、神経録音は、25膝関節を供給求心性神経で実行することができることを実証しましたクロストーク29。
本論文ではプロトコルは、当社グループおよびその他3,4,7,8,12,20,21,31によって使用されるようなげっ歯類で腸間膜求心性神経活動を研究するために、再現実験室の技術が記載されています。プロトコル内の重要なステップは、キャピラリーに、周囲の脂肪組織を吸引することにより、吸引電極および器官槽からガラスキャピラリーの適切な「シール」に組織の迅速な単離、神経ストラ?…
The authors have nothing to disclose.
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).
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 |