Forskere designer eksperimentelt tarm-hjerne-system i en laboratoriefad

Forskning i det, der er kendt som tarm-hjerne-aksen, afslører fortsat, hvordan hjernen og tarmen påvirker hinandens helbred og velbefindende. Nu forsøger forskere at lære mere om tarm-hjerne-diskurs ved hjælp af et modelsystem indbygget i en lab-skål.

Det har været kendt i årtier, at hjernen og tarmen, som omfatter maven og tarmene, have et forhold, der bygger på åbne kommunikationslinjer. Videnskabelige undersøgelser har vist, at tarm-hjerne-signalering styrer grundlæggende funktioner-; som en fuld mave, der signalerer hjernen til at stoppe med at spise -; og er blevet impliceret i udviklingen af ​​komplekse tilstande, herunder depression og autoimmun sygdom.

Og så er der vores egne bevidste oplevelser, der omfatter "at stole på vores tarm, "når man står over for en hård beslutning, bliver ked af at se brusebadsscenen ind Psycho , eller føle sommerfugle, når den bestemte person går ind i rummet.

Nu har forskere ved University of Maryland i College Park konstrueret et eksperimentelt tarm-hjerne-system i en lab-skål-; ofte omtalt som en lab-on-a-chip-; at begynde at identificere de molekyler og signalveje, hvormed disse separate, men indbyrdes afhængige organsystemer kommunikerer.

Dette er imponerende væv, kemisk, og elektroteknik. Teamet designede en chip, der kunne understøtte flere vævstyper og samtidig integrere kemiske og elektriske sensorer, der pålideligt kan opfange den subtile signalering, der finder sted mellem vævene i realtid. "

David Rampulla, Ph.d., Direktør for programmet i syntetisk biologi, National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB)

Det endelige chipdesign indeholder, hvad teamet beskriver som et transwell -system. Den har et separat rum til "mini-tarmen", der består af endotelceller, der udgør modellen af ​​tarmforingen, og et separat rum til "mini-hjernen, "et modelnervesystem, der består af mavenerven, dissekeret fra en krebs.

Krebsnerven blev brugt, fordi krebsene har været en fast dyremodel til undersøgelse af signalering af tarm-hjerne-akse. En væskeforbindelse mellem de to rum tillod bevægelse og overvågning af signalmolekyler.

Efter at have designet og bygget deres tarm-hjerne-model, forskergruppen udførte indledende test. Et af de centrale signalmolekyler, der vides at spille en central rolle i tarm-hjerne-signalering, er neurotransmitteren serotonin. Teamet injicerede serotonin i toppen af ​​tarmmodulet.

Sensorerne i systemet indikerede, at neurotransmitteren med succes blev overført gennem endotelcelleoverfladen til bunden af ​​endotelet, hvor serotonin naturligt frigives i tarmen.

Inden for millisekunder elektriske sensorer opdagede affyring af neuroner i krebsnerven, hvilket indikerer, at serotoninet hurtigt havde diffunderet ind i nervemodul-; trofast gengive de naturlige elektrofysiologiske reaktioner observeret i dyreforsøg ved hjælp af krebsemodellen.

Teamet er overbevist om, at deres system vil tillade overvågning i realtid af signalering mellem begge tarm-hjerne-aksevæv samtidigt for første gang uden behov for at udføre invasive procedurer på mennesker eller dyr.

Fremtidige undersøgelser planlagt for systemet omfatter undersøgelse af, hvordan elektriske signaler fra krebsnerven forårsager ændringer i endotelceller, der er forbundet med endoteldysfunktion, der resulterer i sygdom.

For eksempel, ved autoimmune sygdomme såsom irritabel tarmsyndrom, der er en udtynding af tarmens endotel, der resulterer i endotel dysfunktion og betændelse. Undersøgelser i det nye system kan være yderst værdifulde til at identificere neurokemisk signalering involveret i sygdomsudvikling og guide nye behandlingsmetoder til sådanne komplekse sygdomme.

• P2 COVID-19 undersøgelse viser ingen materielle sikkerhedsforskelle mellem opaganib og kontrolarme
• Tarmceller advarer kroppen om fare under invasion af parasitter