Video Imaging Kartor Spatiotemporal Analysera gastrointestinal motilitet hos möss

Det enteriska nervsystemet (ENS) är det inneboende neuronala nätverk av mag-tarmkanalen och modulerar olika funktioner såsom spjälkning av tarminnehållet, upptag av näringsämnen och den sekretion och reabsorption av fluid. Neuroner i ENS är belägna i myentericus och submukosala plexus. Den myenteric plexus spelar en viktig roll i regleringen av gastrointestinal motilitet ^en medan submukosala plexus är primärt involverad i kontrollen av utsöndringen ^2,3. Plexus myentericus är belägen mellan de längsgående och cirkulära muskelskikten i mag-tarmväggen. Den kontraktila aktiviteten av de glatta muskelskikten i tarmväggen underlättar de primära funktionerna hos mag-tarmkanalen genom att blanda och snurrtarminnehåll utmed längden av tarmen ^3. Även om den yttre nervtillförseln till mag-tarmkanalen från CNS bidrar till gastrointestinal funktion in vivoÄr ENS förmåga att reglera gastrointestinal funktion oberoende av varandra. Denna unika egenskap gör den funktionella undersökning av enter neuronala kretsar och deras bidrag till gastrointestinal motilitet ex vivo.

Kolon migrerande motorkomplex (CMMCs) är spontana, neurogena händelser som är den dominerande motor mönster som observerats i isolerade mus kolon i frånvaro av fekal pellets ^4-9. CMMCs definieras som rytmiska sammandragningar som propagerar längs en ​​horisontellt avstånd som är åtminstone hälften av den totala längden av tjocktarmen (dvs., från blindtarmen till ändtarmen) ^10. Förhållandet mellan CMMCs och kontraktila mönster som driver fecal pellets ännu inte klart fastställas, men vissa farmakologiska skillnader har rapporterats ^11. Ändå förmåga ENS att fungera oberoende av CNS och förekomsten av neurala-medierad motormönster i ISolated kolon är en idealisk analyssystem för att undersöka störningar i motilitet till följd av underliggande ENS dysfunktion. Spontanitet gastrointestinala motoriska mönster tillåter funktionella förändringar som svar på farmakologiska stimuli som ska utvärderas.

Användningen av video imaging och Spatiotemporal kartläggning utvecklades först för att kvantitativt undersöka små tarmperistaltik hos marsvin ^12. Här är ett ex vivo beskrivna tekniken som gör det möjligt att studera mus kolon motilitet mönster med hjälp av video avbildning och analys av dessa inspelningar för att konstruera hög upplösning (~ 100 | im, 33 ms) kartor av kolon diameter som en funktion av läget längs kolon och tid (Spatiotemporal kartor). Använda egen programvara flankdetektering (Analyse2, tillgänglig på begäran), är data från full längd kolon segment upphandlande i realtid bearbetas för att generera Spatiotemporal kartor för varje experiment. I detta steg, video (AVI) filer summatecknat och omvandlas till Spatiotemporal kartor med Analyse2. Spatiotemporal kartor (Figur 2) visar kontraktilitet över tiden och möjliggör mätning av flera parametrar inklusive utbredningshastigheten, magnitud, längd och varaktighet. Gut diameter är också registreras under hela varaktigheten av experimentet som ett mått på den totala kontraktilitet av vävnaden segmentet. Denna metod kan användas för att identifiera skillnader i tidpunkten för initiering av kontraktila komplex som kan tyda på förändrad enter neurala anslutning.

En liknande video imaging protokoll som syftar till att bedöma pellets framdrivning hos marsvin har rapporterats ¹³ men här vi redogöra för tillämpningen av videoavbildningsteknik för kvantifiering av spontan motilitet i kolon (dvs i frånvaro av pellets). Vi tillhandahåller också detaljerad information för att hjälpa dissekering och beredning av mag-tarmvävnad för videoavbildningsteknik. Dettaprotokollet förser forskare med en lättillgänglig och lätt kopieras verktyg för att analysera enter neurala kontrollen av gastrointestinal funktion i djurmodeller av sjukdomen, inklusive genetiska musmodeller.

Videoavbildningsteknik möjliggör analysen av motilitet i kolon som svar på olika farmakologiska medel. Läkemedel kan administreras via tarmlumen eller organbadet utanför tarmrengöringen. Olika regioner av mus magtarmkanalen uppvisar specifika motilitet mönster såsom små tarmsegmentering och CMMCs i kolon.

Denna teknik har använts för att identifiera stamskillnader i små tarmfunktion; differentiell känslighet för 5-HT ₃ och _{5-HT4-antagonister} observerades i jejunum hos Balb / c och C57 / BL6-möss på grund av den polymorfa naturen hos TPH2-genen uttrycks i de två stammarna ^6. Effekten av 5-HT hämning på motilitet förblir conkontroversiellt, eftersom motstridiga uppgifter har rapporterats om vikten av endogena 5-HT på kolon peristaltiken och CMMCs ^14,15. Förändringar i motilitet pre- och postnatalt under utveckling ^7, och effekterna av genmutationer på gastrointestinal motilitet i djurmodeller av sjukdom ¹⁰ kan också undersökas genom att använda video avbildning. Här visar vi användning av metoden för en studie av kolonrörlighet i musmodellen NL3 ^R451C av autism, som uttrycker en missense-mutation i Nlgn3 gen som kodar synaptiska adhesionsproteinet Neuroligin-3 ^16. Denna mutation identifierades först hos patienter med diagnosen autism (ASD) ^17, som är starkt förknippad med GI dysfunktion ^18-22. Vi undersökte huruvida NL3 R451C synaptiska mutation påverkar neurala utgångar i ENS använder videoavbildningsteknik. Vi presentera data som kännetecknar CMMCs vid baslinjen och som svar på det serotonerga 5HT _3/4 receptorantagonist tropisetron i musmodell av autism NL3 ^R451C.