במחקר הנוכחי, דקסטרן פלואורסצאין-איזותיוציאנט-מסומן (FITC) מנוהל לעכברים דרך הפה כדי להעריך את חדירות המעי הן in vivo והן בדגימות פלזמה וצואה. מכיוון שתפקוד מחסום המעי מושפע בתהליכי מחלה רבים, ניתן להשתמש בבדיקה ישירה וכמותית זו בתחומי מחקר מגוונים.
שלמות מחסום המעי היא סימן ההיכר של בריאות המעי. בעוד שניתן להעריך את שלמות מחסום המעי באמצעות סמנים עקיפים כגון מדידת סמנים דלקתיים בפלזמה וטרנסלוקציה חיידקית לטחול ולבלוטות הלימפה, תקן הזהב מכמת ישירות את יכולתן של מולקולות נבחרות לחצות את שכבת רירית המעי לכיוון מחזור הדם המערכתי. מאמר זה משתמש בטכניקה לא פולשנית, חסכונית ובעלת נטל נמוך כדי לכמת ולעקוב בזמן אמת אחר חדירות המעי בעכברים באמצעות דקסטרן פלואורסצאין-איזותיוציאנט (FITC-dextran). לפני נטילת תוסף פומי עם FITC-דקסטרן, העכברים עוברים צום. לאחר מכן הם מדוללים במי מלח חוצצי פוספט (PBS). שעה לאחר ההרדמה, העכברים נתונים להרדמה כללית באמצעות איזופלורן, ואת הפלואורסצנטיות in vivo הוא דמיינו בתא הדמיה. טכניקה זו נועדה להעריך פלואורסצנטיות שיורית בחלל הבטן ואת ספיגת הכבד, אשר מרמז על נדידה פורטל של הבדיקה פלואורסצנטית. דגימות דם וצואה נאספות 4 שעות לאחר פליטת פה, והעכברים מוקרבים. דגימות פלזמה וצואה מדוללות ב- PBS מצופות לאחר מכן, והפלואורסצנטיות נרשמת. הריכוז של FITC-dextran מחושב לאחר מכן באמצעות עקומה סטנדרטית. במחקרים קודמים, הדמיית in vivo הראתה כי פלואורסצנטיות מתפשטת במהירות לכבד בעכברים עם מחסום מעיים חלש יותר המושרה על ידי תזונה דלת סיבים, ואילו בעכברים בתוספת סיבים כדי לחזק את מחסום המעי, האות הפלואורסצנטי נשמר בעיקר במערכת העיכול. נוסף על כך, במחקר זה, עכברי ביקורת העלו את הפלואורסצנטיות בפלזמה והפחיתו את הפלואורסצנטיות בצואה, בעוד שלעכברים שקיבלו תוספת אינולין היו רמות גבוהות יותר של אותות פלואורסצנטיים במעיים ורמות נמוכות בפלזמה. לסיכום, פרוטוקול זה מספק מדידות איכותיות וכמותיות של חדירות המעי כסמן לבריאות המעי.
מחסום המעי ממלא תפקיד חשוב הן בבריאות והן במחלות. זה דורש איזון מורכב בין מתן אפשרות החומרים המזינים הדרושים לחלחל לתוך מחזור הדם מן לומן המעי ובו זמנית למנוע חדירה של מולקולות פרו דלקתיות, כגון פתוגנים או אנטיגנים1. חדירות מוגברת יכולה להיגרם על ידי הפרעות רבות במערכת העיכול, כגון מחלת כבד או מחלות מעי דלקתיות (IBDs)2,3. לדוגמה, בקוליטיס כיבית (UC), מחלת מעי דלקתית, דלקת כרונית מובילה להתמוטטות של צמתים הדוקים, לשיבוש הבא של מחסום המעי, ולטרנסלוקציה של חיידקים, מה שעלול להנציח דלקת רירית וסיסטמית4.
לכן, שלמות מחסום המעי היא סמן חשוב לבריאות המעי. עם זאת, שיטות הנוכחיות למדידת חדירות המעי יש מגבלות רבות. לדוגמה, שיטות למדידת סמנים דלקתיים בפלזמה או טרנסלוקציה חיידקית לטחול ולבלוטות הלימפה הן עקיפות 5,6. שיטות אחרות יכולות להיות פולשניות וגוזלות זמן. מאמר זה מתאר בדיקה לא פולשנית וחסכונית המודדת באופן ישיר וכמותי את חדירות המעי. בדיקה זו משתמשת ב- dextran עם תווית פלואורסצאין-איזותיוציאנט (FITC-dextran) כדי לעקוב אחר חדירות המעי בזמן אמת על ידי מדידת פלואורסצנטיות in vivo. נוסף על כך, מדידת רמות FITC-דקסטרן בפלזמה ובצואה מכמתת את חדירות המעי (איור 1).
בדיקת החדירות FITC-dextran שימשה בעבר בהקשרים רבים ושונים, כולל במודלים של בעלי חיים של מחלת פרקינסון7, אלח דם8, שבץ איסכמי9 ופציעת כוויות10. נוסף על כך, לאחרונה נעשה שימוש בבדיקה זו כדי לסייע בהבנת האופן שבו מיקרוביום המעי עשוי להיות מעורב בתהליכי מחלה שונים, וכיצד ניתן למקד אותו או להשפיע עליו כטיפול פוטנציאלי. לדוגמה, הוא שימש לחקר מיקרוביום וטיפולים מבוססי מיקרוביום בהזדקנות 11, IBDs12, סרטן המעי הגס13, והפרעת הספקטרום האוטיסטי11. מאחר שתפקוד מחסום המעי מעורב בהיבטים רבים של בריאות ומחלות, נעשה שימוש נרחב בבדיקה זו. הפשטות היחסית שלו ועומס הזמן הנמוך הופכים אותו לאידיאלי לבדיקת תנאי in vivo החשודים כמשנים את שלמות מחסום המעי. התוצאות הכמותיות שלה שימושיות לקביעת היעילות של טיפול פוטנציאלי.
במחקר זה, ההשפעה של תזונה על תפקוד מחסום המעי הוערכה באמצעות בדיקת FITC-dextran. הושוו חדירות המעי של עכברים שקיבלו דיאטת ביקורת וחדירות המעי של עכברים שקיבלו תזונה עם תוספת אינולין. אינולין הוא אוליגוסכריד מועיל שהוכח כמשפר את תפקוד מחסום המעי12,13. עבור מדידות פלואורסצנטיות in vivo (רקע), עכבר אחד נוסף שלא טופל שימש כביקורת שלילית וקיבל PBS במקום FITC-dextran. ניסוי זה מדגים כי בדיקת FITC-dextran היא כלי רב ערך להערכת חדירות מעיים.
תפקוד מחסום המעי הוא חלק בלתי נפרד מתהליכי מחלה רבים ושונים. לפיכך, הערכת חדירות המעי באופן לא פולשני, חסכוני וניתן לכימות חיונית לייצוג מדויק של מחלות אלה במודלים של בעלי חיים. בדיקת FITC-dextran מספקת את האפשרות לייצוג זה. עם זאת, פרוטוקול זה כולל מספר שלבים קריטיים שיש להשלים במדויק כדי להשיג תוצאות אמינות. ראשית, הבטחת השימוש ב- FITC-dextran בגודל מתאים היא חיונית. לבחינת חדירות in vivo , 4 kDa FITC-dextran הוא המשקל המולקולרי האופטימלי, וככל שהמשקל המולקולרי עולה, החדירות פוחתת15. לכן, שימוש ב- FITC-dextran בעל משקל מולקולרי שונה עלול לספק תוצאות מבלבלות או לא אמינות. בנוסף, חשוב לציין את הזמן של כל gavage ולהתאים את נקודות הזמן לאיסוף נתוני in vivo ואיסוף פלזמה וצואה בהתאם. לדוגמה, אם שני עכברים נמצאים במרחק של 10 דקות זה מזה, קריאות הפלואורסצנטיות in vivo ואיסוף הצואה והפלזמה חייבים להתרחש גם הם במרחק של 10 דקות זה מזה. השוואת הפלואורסצנטיות באותן נקודות זמן מאפשרת ייצוג מדויק יותר של ההבדלים בחדירות. יתר על כן, יש לשנות לסירוגין את סדר הבדיקות של בעלי החיים מקבוצות שונות כדי למנוע אפקט התקבצות עקב העיתוי. במקום לבדוק תחילה את כל בעלי החיים בקבוצה A, ולאחר מכן את כל בעלי החיים בקבוצה B שנייה (AAABBB), מומלץ להחליף את הקבוצה לאחר כל חיה (ABABAB).
ניתן לשנות בדיקה זו כך שתכלול רק הערכה של דגימות פלזמה וצואה אם יש חוסר גישה למכונת הדמיה. למרות שהדמיית פלואורסצנטיות ישירה in vivo מאפשרת הדמיה של צריכת הכבד ופלואורסצנטיות שיורית בטן, הערכת פלואורסצנטיות בדגימות הפלזמה והצואה עדיין מספקת מדידה כמותית של חדירות המעי. יתר על כן, כפי שהודגם בניסוי המתואר, רמות הפלואורסצנטיות בפלזמה ובצואה תואמות היטב עם הדמיה in vivo . בנוסף, ניתן לשנות בדיקה זו כך שתכלול רק את ההדמיה in vivo . זה מאפשר לחיות להישאר בחיים כדי להמשיך לבדוק פרמטרים אחרים או לפקח על איך חדירות המעי משתנה לאורך זמן. היכולת לשנות בדיקה זו, אם כן, הופכת אותה לנגישה, אך עדיין כמותית. לבסוף, המינון של 200 μL של 80 mg·mL−1 FITC-dextran שניתן לכל עכבר שימש בעבר והוכח כיעיל בעכברים עם הבדלים קטנים במשקל הגוף16. יתר על כן, חשוב לציין כי כל העכברים ששימשו בסעיף התוצאות המייצגות שקלו כ -20 גרם, מה שמאפשר שימוש באותו מינון עבור כל עכבר. כדי להסביר את ההבדלים במשקל הגוף, עם זאת, FITC-dextran יכול להינתן במינון של 0.6-0.8 מ”ג / גרם משקל גוף, למשל17. באופן מכריע, ללא קשר למינון שבו משתמשים, חשוב להגביל את הכמות לכל עכבר לפחות מ-10 מ”ל ק”ג−1 כדי למנוע סיבוכים או אי נוחות18.
למרות שבדיקת FITC-dextran מספקת שיטה יעילה להערכת תפקוד מחסום המעי, עדיין יש לה כמה מגבלות. מגבלה אחת של מודל זה היא שהוא דורש צום של העכברים במשך מספר שעות, כלומר לא אמין להשוות את התוצאות הללו לאלה של עכברים שלא צמו. בנוסף, צום עשוי להשפיע על התוצאות במודלים מסוימים הדורשים לוחות זמנים קפדניים להאכלה, כגון בעת מדידת גלוקוז בדם במודלים של בעלי חיים לסוכרת.
למרות מגבלות אלה, בדיקת FITC-dextran נותרה שיטה יעילה לניתוח חדירות המעי מכיוון שהיא כמותית, רב-תכליתית, חסכונית ופחות פולשנית משיטות קלאסיות רבות. לדוגמה, בדיקות נפוצות המשמשות למדידת חדירות המעי הן בדיקות סכריד קטנות או Cr-EDTA, שיש להן כמה יתרונות19. עם זאת, לחלק מבדיקות הסכריד יש רק חדירות ספציפית לאזור. מכיוון שהם עוברים הידרוליזה בחלק הדיסטלי של המעי הדק, הם אינם מספקים תובנה לגבי חדירות המעי הגס19. מצד שני, Cr-EDTA יכול לספק מידע על חדירות המעי הגס אך דורש מדידות במשך 24 שעות, מה שהופך את נטל הזמן של שיטה זו להרבה יותר גבוה מזה של בדיקת FITC-dextran20. יתר על כן, אף אחת מהשיטות הללו אינה מספקת את ההדמיה הישירה in vivo של בדיקה זו. לכן, בדיקת FITC-dextran מספקת אפשרות פשוטה, ישירה ויעילה יחסית בהשוואה לשיטות חלופיות למדידת חדירות מעיים.
לבסוף, בתהליכי מחלה כגון IBDs4, מחלת אלצהיימר21 ומחלת כבד2, חדירות המעי היא פרמטר חשוב שניתן למדוד באמצעות בדיקת FITC-dextran כדי לשפר את המחקרים. לדוגמה, בפיתוח טיפולים חדשניים, כגון אימונותרפיה למחלות מעי דלקתיות, ניתן להשתמש בבדיקה זו כדי לבחון את יעילות הטיפול לשמירה על שלמות מחסום המעי. בהתחשב בכך שתפקוד לקוי של מחסום המעי עשוי להיות מעורב בהנצחת הדלקת הכרונית ב-UC, למשל, חשוב לבחון עד כמה טיפול מגן מפני חדירות מוגברת4. זוהי רק דוגמה אחת, אך בדיקת FITC-dextran היא דרך נגישה וניתנת לכימות למדידת חדירות מעיים בתחומים והיבטים רבים ושונים של מחקר.
The authors have nothing to disclose.
עבודה זו מומנה על ידי מענק ממועצת המחקר למדעי הטבע וההנדסה של קנדה (מענק RGPIN-2018-06442 ל-MMS). אנו מודים למתקן בעלי החיים ב- CRCHUM ולד”ר ג’ונג’נג פנג מפלטפורמת הפנוטיפינג הקרדיווסקולרית.
50 ppm Fe Diet (10% Inulin) | Envigo Teklad | TD.190651 | Representative Results |
50 ppm Fe Diet (FeSO4) | Envigo Teklad | TD.190723 | Representative Results |
BALB/c Mice 49-55 Days, Female | Charles River | 028BALB/C | Representative Results |
BD 1 mL Syringe Tuberculin Slip Tip | Becton, Dickinson and Company | 309659 | For gavage |
BD Microtainer Tubes – With LH (Lithium Heparin) | Becton, Dickinson and Company | 365965 | For plasma collection |
Centrifuge 5420 | Eppendorf | S420KN605698 | |
Curved Gavage Needle (Gavage Cannula) 7.7.0 38 mm x 22 G | Harvard Apparatus Canada | 34-024 | No longer available – A potential alternative is available at Instech Labs (FTP-22-38) |
Euthanyl (Pentobarbital Sodium) 240 mg/mL | Bimeda-MTC Animal Health Inc. | 141704 | 1/100 dilution; Administered via intraperitoneal injection at 0.03 mL/g body weight |
FITC-dextran 4 | TdB Labs | 20550 | |
Heparinized Capillary Tubes | Kimble Chase Life Science and Research | 2501 | For retro-orbital blood collection |
Microplate, PS, 96-well, Flat-bottom (Chimney Well), Black, Flutrac, Med. Binding | Greiner Bio-one | 655076 | |
MiniARCO Clipper Kit | Kent Scientific | CL8787-KIT | For hair removal |
Optix MX2 and Optix Optiview | Advanced Research Technologies | 2.02.00.6 | Fluorescence imaging machine and software |
Phosphate Buffered Saline 1x (PBS) | Wisent Inc | 311-010-LL | |
Puralube Vet Ointment | Dechra | 12920060 | Ophthalmic ointement to prevent eye damage during anesthesia |
Spark Multiplate Reader | Tecan | 30086376 |