Neurowissenschaftler und Mediziner nennen diese Verbindung die "Darm-Hirn-Achse" (GBA); ein besseres Verständnis des GBA könnte zur Entwicklung von Behandlungen und Heilmitteln für neurologische Erkrankungen wie Depressionen und Angstzustände führen, sowie für eine Reihe chronischer entzündlicher Autoimmunerkrankungen wie Reizdarmsyndrom (IBS) und rheumatoide Arthritis.
Im Augenblick, diese Zustände und Krankheiten werden hauptsächlich durch die Berichte der Patienten über ihre Symptome diagnostiziert. Jedoch, Neurowissenschaftler und Ärzte untersuchen den GBA, um sogenannte „Biomarker“ für diese Erkrankungen zu finden. Im Fall des GBA, dieser Biomarker ist wahrscheinlich Serotonin.
Durch gezielte Behandlung dieser komplexen Verbindung zwischen Darm und Gehirn, Forscher hoffen, dass sie die Rolle des Darmmikrobioms bei Darm- und Gehirnerkrankungen aufdecken können.
Mit einem leicht identifizierbaren Biomarker wie Serotonin, Möglicherweise gibt es eine Möglichkeit zu messen, wie sich eine Dysfunktion im Darmmikrobiom auf die GBA-Signalwege auswirkt.
Werkzeuge zu haben, die das Verständnis verbessern könnten, Hilfe bei der Krankheitsdiagnose, und Einblicke in die Auswirkungen von Ernährung und Ernährung auf die psychische Gesundheit zu bieten, wäre äußerst wertvoll.
Mit einer Million US-Dollar an Mitteln der National Science Foundation ein Team von Experten der University of Maryland aus den Ingenieurwissenschaften, Neurowissenschaften, Angewandte Mikrobiologie, und die Physik macht Fortschritte beim Aufbau einer Plattform, die die Echtzeitverarbeitung der Serotoninaktivität des Darmmikrobioms überwachen und modellieren kann.
Drei neue veröffentlichte Papiere beschreiben den Fortschritt der Arbeit, Dazu gehören Innovationen beim Nachweis von Serotonin, Beurteilung seiner neurologischen Auswirkungen, und Erfassen winziger Veränderungen des Darmepithels.
In "Electrochemical Measurement of Serotonin by Au-CNT Electrodes Fabricated on Porous Cell Culture Membranes" (https:/
Die Plattform umfasste eine poröse Membran mit integriertem Serotoninsensor, auf der ein Modell der Darmschleimhaut gezüchtet werden kann. Diese Innovation ermöglichte es den Forschern, sowohl auf die Ober- als auch auf die Unterseite der Zellkultur zuzugreifen – wichtig, da Serotonin vom Boden der Zellen sezerniert wird.
Die Arbeit ist die erste, die eine praktikable Methode zum Nachweis von Redoxmolekülen demonstriert, wie Serotonin, direkt auf einem porösen und flexiblen Zellkultursubstrat. Es gewährt einen hervorragenden Zugang zu von Zellen freigesetzten Molekülen und schafft eine kontrollierbare Modelldarmumgebung, um bahnbrechende GBA-Forschung durchzuführen, ohne dass invasive Verfahren an Menschen oder Tieren durchgeführt werden müssen.
Das zweite Papier des Teams, "Ein hybrides Biomonitoring-System für die Darm-Neuron-Kommunikation" (https:/
Durch Hinzufügen und Integrieren eines sezierten Flusskrebs-Nervenmodells mit dem Darmauskleidungsmodell, Das Team entwickelte eine Darm-Neuron-Schnittstelle, die die Nervenreaktion auf das elektrochemisch nachgewiesene Serotonin elektrophysiologisch beurteilen kann.
Dieser Fortschritt ermöglicht die Untersuchung der molekularen Signalübertragung zwischen Darm- und Nervenzellen, Dies ermöglicht erstmals eine Echtzeitüberwachung beider GBA-Gewebe.
Schließlich, das Konzept, Entwurf, und Nutzung für die gesamte Biomonitoring-Plattform wird in einem dritten Paper beschrieben, "3D gedruckte elektrochemische Sensor-integrierte Transwell-Systeme" (https:/
Dieser Beitrag befasst sich mit der Entwicklung des 3D-gedruckten Gehäuses, die Aufrechterhaltung einer gesunden Lab-on-a-Chip-Darmzellkultur, und die Auswertung der beiden auf der Zellkulturmembran integrierten Sensortypen.
Die dualen Sensoren sind besonders wichtig, weil sie Rückmeldungen über mehrere Komponenten des Systems liefern – nämlich die Teile, die die Durchlässigkeit der Darmschleimhaut (ein starker Indikator für eine Krankheit) und ihre Serotoninfreisetzung (ein Maß für die Kommunikation mit dem Nervensystem) modellieren.
Neben dem elektrochemischen Sensor – bewertet mit einem Standard-Redoxmolekül Ferrocen-Dimethanol – wurde ein Impedanzsensor verwendet, um das Zellwachstum und die Bedeckung der Membran zu überwachen.
Die Verwendung dieser beiden Sensoren würde die Überwachung einer Darmzellkultur unter verschiedenen Umwelt- und Ernährungsbedingungen ermöglichen. Es würde es den Forschern auch ermöglichen, Veränderungen der Barrierepermeabilität (ein starker Indikator für Krankheiten) zu bewerten. und Serotoninfreisetzung (ein Maß für die Kommunikation mit dem Nervensystem).
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