Nytt system muliggjør sanntidsobservasjoner av individuelle celler i tykktarmen

Biomedisinske ingeniører ved Duke University har utviklet et system som tillater sanntidsobservasjoner av individuelle celler i tykktarmen til en levende mus.

Forskere forventer at prosedyren tillater nye undersøkelser av fordøyelsessystemets mikrobiom, så vel som årsakene til sykdommer som inflammatorisk tarmsykdom og tykktarmskreft og behandlinger av dem.

Prosedyren beskrevet online 11. desember i Naturkommunikasjon innebærer kirurgisk implantasjon av et gjennomsiktig vindu i en muses magehud over tykktarmen. Lignende oppsett brukes allerede for å tillate levende titt på de detaljerte indre virkningene av hjernen, ryggmarg, lever, lunger og andre organer. Bilde av et levende tykktarm, derimot, er et slipperier -forslag.

En hjerne beveger seg ikke mye, men tykktarmen gjør det som gjør det vanskelig å få detaljerte bilder ned til en enkelt celle. Vi har utviklet et magnetisk system som er sterkt nok til å stabilisere tykktarmen på plass under avbildning for å oppnå dette oppløsningsnivået, men kan raskt slås av for å la tykktarmen bevege seg fritt. "

Xiling Shen, Hawkins Family Associate Professor i biomedisinsk ingeniørfag ved Duke University

Immobilisering av tykktarmen for avbildning er en vanskelig oppgave for tradisjonelle metoder som lim eller sømmer. I beste fall kan de forårsake betennelse som ville ødelegge de fleste eksperimenter. I verste fall kan de forårsake hindringer, som raskt kan drepe musen som studeres.

For å løse dette problemet, Shen utviklet en magnetisk enhet som ligner en liten nesestrimmel av metall og trygt kan festes til tykktarmen. Et magnetfelt klikker tykktarmen på plass og holder det stabilt under avbildning, men en gang slått av, lar tykktarmen bevege seg og fungere som normalt.

Et vitalt organ som inneholder mye av fordøyelsessystemets mikrobiom, tykktarmen kan bli rammet av sykdommer som inflammatorisk tarmsykdom, funksjonelle gastrointestinale lidelser og kreft. Det spiller også en nøkkelrolle i reguleringen av immunsystemet, og kan kommunisere direkte med hjernen gjennom sakrale nerver.

"Det er et stort behov for å forstå tykktarmen bedre, fordi den kan lide av så mange sykdommer og spiller så mange roller med betydelige helsemessige konsekvenser, "Sa Shen. I studien, Shen og hans kolleger gjennomførte flere prinsippeksperimentelle eksperimenter som gir utgangspunkt for fremtidige forskningsområder.

Forskerne koloniserte først et levende musetarm med E. coli -bakterier, avledet fra pasienter med Crohns sykdom, som hadde blitt merket med fluorescerende proteiner. Forskerne viste deretter at de kunne spore migrasjonen, vekst og tilbakegang av bakteriene i mer enn tre dager. Denne evnen kan hjelpe forskere til ikke bare å forstå hvordan antagonistiske bakterier påvirker tykktarmen, Shen sier, men de positive rollene probiotika kan spille og hvilke stammer som best kan hjelpe mennesker med gastrointestinale lidelser.

I det neste eksperimentet, mus ble avlet med flere typer fluorescerende immunceller. Forskerne induserte deretter betennelse i tykktarmen og så nøye på aktiveringen av disse immuncellene. Shen sier, denne tilnærmingen kan brukes med forskjellige typer immunceller og sykdommer for å få en bedre forståelse av hvordan immunsystemet reagerer på utfordringer.

Shen og hans kolleger viste deretter at de kunne merke og spore kolonepitel -stamceller assosiert med tykktarmskreft gjennom strålebehandling. De demonstrerte også at de kunne se nerver i tykktarmen svare på sakral nervestimulering, en ny behandling for behandling av motilitet og immunforstyrrelser som funksjonelle gastrointestinale lidelser og irritabel tarmlidelse.

"Selv om vi vet at elektrisk stimulering av sakrale nerver kan lindre symptomene på disse gastrointestinale lidelsene, vi har foreløpig ingen anelse om hvorfor eller noen måte å optimalisere disse behandlingene, "Shen sa." Å kunne se hvordan tykktarms nevroner reagerer på forskjellige bølgeformer, frekvenser og amplituden av stimulering vil være uvurderlig for å gjøre denne tilnærmingen til et bedre alternativ for flere pasienter. "

• Immunceller reparerer skadet tarm hos barn med IBD
• Ny forskning kan hjelpe til med å veilede fremtidig behandling av alkoholfri fettleversykdom