Wissenschaftler entwickeln experimentelles Darm-Hirn-System in einer Laborschale

Die Erforschung der sogenannten Darm-Hirn-Achse zeigt weiterhin, wie sich Gehirn und Darm gegenseitig auf Gesundheit und Wohlbefinden auswirken. Jetzt versuchen Forscher, mehr über den Darm-Hirn-Diskurs zu erfahren, indem sie ein Modellsystem verwenden, das in eine Laborschale eingebaut ist.

Es ist seit Jahrzehnten bekannt, dass das Gehirn und der Darm, Dazu gehören Magen und Darm, eine Beziehung haben, die auf offenen Kommunikationswegen beruht. Wissenschaftliche Studien haben gezeigt, dass die Darm-Hirn-Signalgebung grundlegende Funktionen steuert; wie ein voller Magen, der dem Gehirn signalisiert, mit dem Essen aufzuhören -; und ist an der Entwicklung komplexer Erkrankungen wie Depressionen und Autoimmunerkrankungen beteiligt.

Und dann gibt es unsere eigenen bewussten Erfahrungen, die beinhalten, "unser Bauchgefühl zu vertrauen, „Wenn Sie vor einer schwierigen Entscheidung stehen, beim Anschauen der Duschszene wird mulmig Psycho , oder Schmetterlinge fühlen, wenn diese bestimmte Person den Raum betritt.

Jetzt haben Forscher der University of Maryland im College Park ein experimentelles Darm-Gehirn-System in einer Laborschale entwickelt. oft als Lab-on-a-Chip bezeichnet; beginnen, die Moleküle und Signalwege zu identifizieren, über die diese getrennten, aber voneinander abhängigen Organsysteme kommunizieren.

Das ist beeindruckendes Gewebe, chemisch, und Elektrotechnik. Das Team entwarf einen Chip, der mehrere Gewebetypen unterstützen und gleichzeitig chemische und elektrische Sensoren integrieren kann, die in der Lage sind, die subtilen Signale, die zwischen den Geweben stattfinden, in Echtzeit zuverlässig zu erfassen."

David Rampulla, Doktortitel, Direktor des Programms in Synthetischer Biologie, National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB)

Das endgültige Chipdesign weist das auf, was das Team als Transwell-System bezeichnet. Es hat ein separates Fach für den "Mini-Darm", der aus Endothelzellen besteht, die das Modell der Darmschleimhaut bilden, und ein separates Fach für das "Mini-Gehirn, " ein Modell-Nervensystem, das aus dem Bauchnervenstrang besteht, der von einem Krebs präpariert wurde.

Der Krebsnerv wurde verwendet, weil der Krebs ein wichtiges Tiermodell für die Untersuchung der Darm-Hirn-Achsen-Signalgebung war. Eine flüssige Verbindung zwischen den beiden Kompartimenten ermöglichte die Bewegung und Überwachung von Signalmolekülen.

Nachdem sie ihr Darm-Hirn-Modell entworfen und gebaut haben, das Forschungsteam führte erste Tests durch. Eines der zentralen Signalmoleküle, von denen bekannt ist, dass es eine Schlüsselrolle bei der Darm-Hirn-Signalübertragung spielt, ist der Neurotransmitter Serotonin. Das Team injizierte Serotonin in die Oberseite des Darmmoduls.

Die Sensoren im System zeigten an, dass der Neurotransmitter erfolgreich durch die Endothelzelloberfläche zur Endothelbasis transportiert wurde, wo Serotonin auf natürliche Weise im Darm freigesetzt wird.

Innerhalb von Millisekunden, elektrische Sensoren erkannten das Feuern von Neuronen im Krebsnerv, was darauf hindeutete, dass das Serotonin schnell in das Nervenmodul diffundiert war; getreue Reproduktion der natürlichen elektrophysiologischen Reaktionen, die in Tierstudien unter Verwendung des Krebsmodells beobachtet wurden.

Das Team ist zuversichtlich, dass ihr System zum ersten Mal eine Echtzeit-Überwachung der Signalübertragung zwischen beiden Geweben der Darm-Hirn-Achse gleichzeitig ermöglichen wird, ohne dass invasive Eingriffe an Menschen oder Tieren durchgeführt werden müssen.

Zukünftige Studien, die für das System geplant sind, umfassen die Untersuchung, wie elektrische Signale aus dem Nervenstrang von Krebsen Veränderungen in Endothelzellen verursachen, die mit einer endothelialen Dysfunktion verbunden sind, die zu Krankheiten führt.

Zum Beispiel, bei Autoimmunerkrankungen wie Reizdarmsyndrom, es kommt zu einer Ausdünnung des Darmendothels, die zu endothelialer Dysfunktion und Entzündung führt. Studien in dem neuen System könnten äußerst wertvoll sein, um neurochemische Signale zu identifizieren, die an der Krankheitsentwicklung beteiligt sind, und neue Behandlungsansätze für solche komplexen Krankheiten leiten.

• P2-COVID-19-Studie zeigt keine wesentlichen Sicherheitsunterschiede zwischen Opaganib und Kontrollarmen
• Darmzellen warnen den Körper bei einer Parasiteninvasion vor Gefahren