Tarmmikrobiom påvirker mønsteret for aktivering i rottehjerne under opioidavhengighet

Da Sierra Simpson var på college, hun var syk i et år med tilbakevendende feber og oppkast. Legene hennes kunne ikke finne ut hva hun hadde. Mistenker en bakteriell infeksjon, de prøvde å behandle henne med høye doser antibiotika.

"Det viste seg at jeg hadde malaria og trengte en annen behandling, "Simpson sa." Men da hadde antibiotika rotet med magen min, og jeg følte meg mer engstelig enn jeg hadde før. "

Antibiotika dreper sykdomsfremkallende bakterier, men de ødelegger også mange av de gunstige bakteriene som lever i tarmene våre, en bivirkning som har vært knyttet til en rekke langsiktige helseproblemer. Denne opplevelsen var drivkraften for Simpsons interesse for mikrobiomvitenskap og tarm -hjerne -aksen -; studier av de mange måtene som bakterier, virus og andre mikrober som lever i kroppen vår påvirker vårt fysiske og mentale velvære.

Som en frisk student, Simpson jobbet først med teknikker for å visualisere molekyler i hjernen. Men hun kunne ikke rokke interessen for tarmmikrobiomet og dets forbindelser til hjernen.

Så en dag, Sierra går bare inn på laboratoriet mitt og spør meg om jeg ville være interessert i å utforske potensielle forbindelser mellom tarmmikrobiomet og det laboratoriet mitt vanligvis studerer - stoffmisbruk og avhengighet. Jeg var motvillig i begynnelsen. Tross alt, Jeg tenkte om det var noe der, noen ville ha oppdaget det nå. Men vi bestemte oss for å prøve. "

Olivier George, Ph.D., førsteamanuensis i psykiatri ved University of California San Diego School of Medicine

I en studie publisert 27. april, 2020 i eNeuro , Simpson, George og team oppdaget at tarmmikrobiomet påvirker mønsteret for aktivering i en rottehjerne under opioidavhengighet og tilbaketrekning.

"Som du ofte må gjøre innen vitenskap, vi slo først problemet med en hammer for å se hvordan systemet går i stykker, så gå tilbake derfra, "Sa Simpson.

Med det mener hun at for å avgjøre om tarmmikrobiomet påvirket stoffmisbruk, de trengte først å sammenligne en organisme med et normalt tarmmikrobiom med en uten. Å gjøre det, forskerne ga noen rotter antibiotika som tømte 80 prosent av tarmmikrober. Alle rotter -; de med og uten tarmmikrober -; var avhengige av reseptbelagt opioid smertestillende oksykodon. Så gikk noen av rotter fra hver gruppe til uttak.

"Til meg, det mest overraskende var at rottene alle virket like på overflaten, "George sa." Det var ingen store endringer i den smertelindrende effekten av opioider, eller symptomer på tilbaketrekning eller annen oppførsel mellom rotter med og uten tarmmikrober. "

Det var ikke før teamet så på rottenes hjerner at de så en betydelig forskjell. Det typiske mønsteret for rekruttering av nevroner til forskjellige deler av hjernen under rus og tilbaketrekning ble forstyrret hos rotter som hadde blitt behandlet med antibiotika, og manglet dermed de fleste av tarmmikrober. Spesielt, under rus, rotter med utarmede tarmmikrober hadde flere aktiverte nevroner i hjernens områder som regulerer stress og smerte (periaqueductal grå, locus coeruleus) og regioner involvert i opioidforgiftning og tilbaketrekning (sentral amygdala, basolateral amygdala). Under uttaket, rotter av mikrober som var utarmet, hadde færre aktiverte nevroner i den sentrale amygdala, sammenlignet med rotter med normale tarmmikrobiomer.

"Det var mange måneder med å telle svarte prikker, "Simpson sa." Men til slutt ble det klart at, i hvert fall hos rotter, tarmmikrober endrer måten hjernen reagerer på medisiner. "

Dette skiftet kan påvirke atferd, forklarte hun, fordi en nedgang i nevroner rekruttert i den sentrale amygdala kan resultere i færre abstinenssymptomer, som igjen kan føre til en høyere risiko for narkotikamisbruk.

Nå, Georges team utvider studiene til å omfatte rotter som selv administrerer oksykodon og avlet rotter som er mer genetisk mangfoldige. De leter også etter mikrobielle eller kjemiske signaturer hos rotter som kan indikere hvilke som er mer utsatt for avhengighet, med og uten tarmmikrober.

I tillegg, forskerne gruver menneskelige mikrobiomedata, som inkluderer brukere av opioider og antibiotika, for å se om de følger trender som ligner de de observerte hos rotter.

"Ikke bare antyder denne studien at tarmmikrober kan spille en rolle i stoffmisbruk, hvis vi finner lignende effekter hos mennesker, det kan endre måten vi tenker på samtidig forskrivning av antibiotika og smertestillende midler, for eksempel når en person opereres, "George sa." Måten en persons tarmmikrober påvirkes på, kan gjøre dem mer eller mindre følsomme for opioider. Nøkkelen nå vil være å lete etter biomarkører, slik at vi kan forutsi hvordan en person kan reagere før vi behandler dem. "

Når det gjelder Simpson, hun tok doktorgraden for bare en og en halv uke siden, etter å ha lykkes med å forsvare oppgaven praktisk talt -; presentere sine forskningsresultater for sitt rådgivende utvalg, familie og venner mens de skjulte seg på plass under COVID-19-pandemien. Neste, Simpson vil rette oppmerksomheten mot et oppstartsselskap hun lanserer for å videreutvikle og kommersialisere sine forskningsresultater.

• Ny retningslinje gir bevisbaserte anbefalinger for klinisk behandling av EoE
• Tarmmikrobiota kan forutsi alvorlighetsgraden av COVID-19