On sait depuis des décennies que le cerveau et l'intestin, qui comprend l'estomac et les intestins, avoir une relation qui repose sur des lignes de communication ouvertes. Des études scientifiques ont démontré que la signalisation intestin-cerveau contrôle les fonctions de base; comme un estomac plein signalant au cerveau d'arrêter de manger - ; et est devenu impliqué dans le développement de conditions complexes, y compris la dépression et les maladies auto-immunes.
Et puis il y a nos propres expériences conscientes qui incluent "faire confiance à notre instinct, " face à une décision difficile, avoir la nausée en regardant la scène de la douche psychopathe , ou sentir des papillons quand cette certaine personne entre dans la pièce.
Maintenant, des chercheurs de l'Université du Maryland à College Park ont conçu un système expérimental intestin-cerveau dans une boîte de laboratoire; souvent appelé laboratoire sur puce ; pour commencer à identifier les molécules et les voies de signalisation par lesquelles ces systèmes d'organes séparés mais interdépendants communiquent.
C'est un tissu impressionnant, chimique, et génie électrique. L'équipe a conçu une puce capable de prendre en charge plusieurs types de tissus tout en intégrant des capteurs chimiques et électriques capables de capter de manière fiable la signalisation subtile qui a lieu entre les tissus en temps réel. »
David Rampulla, Doctorat, Directeur du programme de biologie synthétique, Institut national d'imagerie biomédicale et de bio-ingénierie (NIBIB)
La conception finale de la puce comprend ce que l'équipe décrit comme un système transwell. Il possède un compartiment séparé pour le « mini-intestin » constitué de cellules endothéliales qui constituent le modèle de la muqueuse intestinale, et un compartiment séparé pour le "mini-cerveau, " un système nerveux modèle constitué du cordon nerveux abdominal disséqué d'une écrevisse.
Le nerf d'écrevisse a été utilisé parce que l'écrevisse a été un modèle animal de base pour l'étude de la signalisation de l'axe intestin-cerveau. Une connexion fluide entre les deux compartiments permettait le mouvement et la surveillance des molécules de signalisation.
Après avoir conçu et construit leur modèle intestin-cerveau, l'équipe de recherche a effectué des tests initiaux. L'une des molécules de signalisation centrales connues pour jouer un rôle clé dans la signalisation intestin-cerveau est le neurotransmetteur sérotonine. L'équipe a injecté de la sérotonine dans la partie supérieure du module intestinal.
Les capteurs du système ont indiqué que le neurotransmetteur avait été transféré avec succès à travers la surface des cellules endothéliales jusqu'à la base de l'endothélium où la sérotonine est naturellement libérée dans l'intestin.
En quelques millisecondes, des capteurs électriques ont détecté la décharge de neurones dans le nerf de l'écrevisse, indiquant que la sérotonine s'était rapidement diffusée dans le module nerveux; reproduisant fidèlement les réponses électrophysiologiques naturelles observées dans les études animales utilisant le modèle de l'écrevisse.
L'équipe est convaincue que leur système permettra pour la première fois une surveillance en temps réel de la signalisation entre les deux tissus de l'axe intestin-cerveau sans qu'il soit nécessaire d'effectuer des procédures invasives sur des humains ou des animaux.
Les futures études prévues pour le système comprennent l'examen de la façon dont les signaux électriques du cordon nerveux de l'écrevisse provoquent des changements dans les cellules endothéliales qui sont associés à un dysfonctionnement endothélial entraînant une maladie.
Par exemple, dans les maladies auto-immunes telles que le syndrome du côlon irritable, il y a un amincissement de l'endothélium intestinal qui entraîne un dysfonctionnement endothélial et une inflammation. Les études dans le nouveau système pourraient être extrêmement précieuses pour identifier la signalisation neurochimique impliquée dans le développement de la maladie et guider de nouvelles approches thérapeutiques pour ces maladies complexes.
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