Een beter begrip van de darm-hersen-as kan leiden tot nieuwe behandelingen voor neurologische aandoeningen

Iedereen die "vlinders in de maag" heeft ervaren voordat hij een grote presentatie gaf, zal niet verrast zijn om te horen dat er een fysieke verbinding is tussen hun darmen en hun hersenen.

Neurowetenschappers en medische professionals noemen deze verbinding de "darm-hersen-as" (GBA); een beter begrip van de GBA zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van behandelingen en geneeswijzen voor neurologische aandoeningen zoals depressie en angst, evenals voor een reeks chronische auto-immuun ontstekingsziekten zoals het prikkelbare darm syndroom (PDS) en reumatoïde artritis.

Direct, deze aandoeningen en ziekten worden voornamelijk gediagnosticeerd door patiëntenrapporten over hun symptomen. Echter, neurowetenschappers en artsen onderzoeken de GBA om zogenaamde "biomarkers" voor deze ziekten te vinden. In het geval van de GBA die biomarker is waarschijnlijk serotonine.

Door deze complexe verbinding tussen de darmen en de hersenen aan te pakken, onderzoekers hopen dat ze de rol van het darmmicrobioom bij zowel darm- als hersenaandoeningen kunnen ontdekken.

Met een gemakkelijk identificeerbare biomarker zoals serotonine, er kan een manier zijn om te meten hoe disfunctie in het darmmicrobioom de GBA-signaleringsroutes beïnvloedt.

Met tools die het begrip kunnen vergroten, hulp bij ziektediagnose, en inzicht bieden in hoe voeding en voeding de geestelijke gezondheid beïnvloeden, zou zeer waardevol zijn.

Met $ 1 miljoen aan financiering van de National Science Foundation, een team van ingenieurs van de Universiteit van Maryland, neurowetenschap, toegepaste microbiologie, en natuurkunde heeft vooruitgang geboekt bij het bouwen van een platform dat de realtime verwerking van serotonine-activiteit in het darmmicrobioom kan volgen en modelleren.

Drie nieuwe gepubliceerde artikelen beschrijven de voortgang van het werk, waaronder innovaties in het detecteren van serotonine, het beoordelen van de neurologische effecten, en het waarnemen van minieme veranderingen in het darmepitheel.

In "Elektrochemische meting van serotonine door Au-CNT-elektroden vervaardigd op poreuze celcultuurmembranen" (https:/ / www. natuur. com/ Lidwoord/ s41378-020-00184-4), het team ontwikkelde een platform dat toegang geeft tot de specifieke plaats van serotonineproductie.

Het platform omvatte een poreus membraan met een geïntegreerde serotoninesensor waarop een model van de darmwand kan worden gekweekt. Deze innovatie gaf onderzoekers toegang tot zowel de boven- als onderkant van de celcultuur - belangrijk omdat serotonine wordt uitgescheiden door de bodem van cellen.

Het werk is het eerste dat een haalbare methode aantoont voor de detectie van redoxmoleculen, zoals serotonine, direct op een poreus en flexibel celcultuursubstraat. Het geeft superieure toegang tot cel-vrijgegeven moleculen en creëert een controleerbare modeldarmomgeving om baanbrekend GBA-onderzoek uit te voeren zonder de noodzaak om invasieve procedures uit te voeren op mensen of dieren.

Het tweede document van het team, "Een hybride biomonitoringsysteem voor communicatie tussen darm en neuronen" (https:/ / ie verkennen. ieee. org/ document/ 9123494), bouwt voort op de bevindingen van de eerste:de onderzoekers ontwikkelden het serotonine-meetplatform verder om de neurologische effecten van serotonine te kunnen beoordelen.

Door een ontleed rivierkreeftzenuwmodel toe te voegen en te integreren met het darmwandmodel, het team creëerde een darm-neuron-interface die de zenuwrespons op de elektrochemisch gedetecteerde serotonine elektrofysiologisch kan beoordelen.

Deze vooruitgang maakt de studie mogelijk van moleculaire signalering tussen darm- en zenuwcellen, waardoor voor het eerst realtime monitoring van beide GBA-weefsels mogelijk is.

Eindelijk, het concept, ontwerp, en gebruik voor het gehele biomonitoringplatform wordt beschreven in een derde paper, "3D-geprinte elektrochemische sensor geïntegreerde Transwell-systemen" (https:/ / www. natuur. com/ Lidwoord/ s41378-020-00208-z).

Deze paper gaat dieper in op de ontwikkeling van de 3D-geprinte behuizing, het in stand houden van een gezonde lab-on-a-chip darmcelcultuur, en de evaluatie van de twee soorten sensoren die op het celcultuurmembraan zijn geïntegreerd.

De dubbele sensoren zijn vooral belangrijk omdat ze feedback geven over meerdere componenten van het systeem, namelijk de delen die de doorlaatbaarheid van de darmwand (een sterke indicator van ziekte) en de afgifte van serotonine (een maatstaf voor communicatie met het zenuwstelsel) modelleren.

Naast de elektrochemische sensor - geëvalueerd met behulp van een standaard redoxmolecuul ferroceen dimethanol - werd een impedantiesensor gebruikt om de celgroei en dekking over het membraan te volgen.

Het gebruik van beide sensoren zou het mogelijk maken om een ​​darmcelcultuur onder verschillende omgevings- en voedingsomstandigheden te monitoren. Het zou onderzoekers ook in staat stellen om veranderingen in de permeabiliteit van de barrière (een sterke indicator van ziekte) te evalueren, en serotonineafgifte (een maat voor communicatie met het zenuwstelsel).

• Genvarianten kunnen aanwijzingen geven voor een succesvolle behandeling van pediatrische eosinofiele oesofagitis
• Onderzoekers proberen verrassingsfacturering voor colonoscopie te stoppen