Nieuw systeem maakt realtime observaties van individuele cellen in de dikke darm mogelijk

Een brein beweegt niet veel, maar de dikke darm wel, waardoor het moeilijk is om gedetailleerde afbeeldingen tot een enkele cel terug te brengen. We hebben een magnetisch systeem ontwikkeld dat sterk genoeg is om de dikke darm op zijn plaats te stabiliseren tijdens beeldvorming om dit resolutieniveau te verkrijgen. maar kan snel worden uitgeschakeld om de dikke darm vrij te laten bewegen."

Xiling Shen, de Hawkins Family Associate Professor of Biomedical Engineering aan de Duke University

Het immobiliseren van de dikke darm voor beeldvorming is een lastige taak voor traditionele methoden zoals lijm of steken. In het beste geval kunnen ze een ontsteking veroorzaken die de meeste experimenten zou verpesten. In het ergste geval kunnen ze obstakels veroorzaken, die de muis die wordt bestudeerd snel kan doden.

Om dit probleem te omzeilen, Shen ontwikkelde een magnetisch apparaat dat veel lijkt op een kleine metalen neusstrip en veilig aan de dikke darm kan worden bevestigd. Een magnetisch veld klikt de dikke darm op zijn plaats en houdt deze stabiel tijdens beeldvorming, maar eenmaal uitgeschakeld, laat de dikke darm vrij om te bewegen en normaal te functioneren.

Een vitaal orgaan dat een groot deel van het microbioom van het spijsverteringsstelsel herbergt, de dikke darm kan worden aangetast door ziekten zoals inflammatoire darmaandoeningen, functionele gastro-intestinale stoornissen en kanker. Het speelt ook een sleutelrol bij het reguleren van het immuunsysteem, en kan rechtstreeks met de hersenen communiceren via sacrale zenuwen.

"Er is een grote behoefte om de dikke darm beter te begrijpen, omdat het aan zoveel ziekten kan lijden en zoveel rollen speelt met aanzienlijke gevolgen voor de gezondheid, " zei Shen. In de studeerkamer, Shen en zijn collega's voerden verschillende proof-of-principle-experimenten uit die aanknopingspunten bieden voor toekomstige onderzoekslijnen.

De onderzoekers koloniseerden eerst een levende dikke darm van een muis met E. coli-bacteriën, afgeleid van patiënten met de ziekte van Crohn, die waren gelabeld met fluorescerende eiwitten. De onderzoekers lieten toen zien dat ze de migratie konden volgen, groei en achteruitgang van de bacteriën gedurende meer dan drie dagen. Dit vermogen zou onderzoekers kunnen helpen begrijpen niet alleen hoe antagonistische bacteriën de dikke darm aantasten, Shen zegt, maar welke positieve rol probiotica kunnen spelen en welke stammen mensen met maag-darmstoornissen het beste kunnen helpen.

In het volgende experiment, muizen werden gefokt met verschillende soorten fluorescerende immuuncellen. De onderzoekers veroorzaakten vervolgens een ontsteking in de dikke darm en keken aandachtig naar de activering van deze immuuncellen. Shen zegt, deze benadering kan worden gebruikt bij verschillende soorten immuuncellen en ziekten om een ​​beter begrip te krijgen van hoe het immuunsysteem reageert op uitdagingen.

Shen en zijn collega's toonden vervolgens aan dat ze colonepitheliale stamcellen geassocieerd met colorectale kanker konden labelen en volgen tijdens de bestralingsbehandeling. Ze toonden ook aan dat ze de zenuwen in de dikke darm konden zien reageren op sacrale zenuwstimulatie, een opkomende therapie voor de behandeling van motiliteits- en immuunstoornissen zoals functionele gastro-intestinale stoornissen en prikkelbare darmstoornis.

"Hoewel we weten dat het elektrisch stimuleren van de sacrale zenuwen de symptomen van deze gastro-intestinale stoornissen kan verlichten, we hebben momenteel geen idee waarom of een manier om deze behandelingen te optimaliseren, Shen zei. "Om te kunnen zien hoe de neuronen van de dikke darm reageren op verschillende golfvormen, frequenties en amplitudes van stimulatie zullen van onschatbare waarde zijn om deze benadering een betere optie te maken voor meer patiënten."

• Immuuncellen repareren beschadigde darm bij kinderen met IBD
• Nieuw onderzoek kan helpen bij toekomstige behandeling van niet-alcoholische leververvetting