Novo sistema permite observações em tempo real de células individuais no cólon

Os engenheiros biomédicos da Duke University desenvolveram um sistema que permite observações em tempo real de células individuais no cólon de um camundongo vivo.

p Os pesquisadores esperam que o procedimento permita novas investigações sobre o microbioma do sistema digestivo, bem como as causas de doenças como doenças inflamatórias do intestino e câncer de cólon e seus tratamentos.

p O procedimento descrito online em 11 de dezembro em Nature Communications envolve o implante cirúrgico de uma janela transparente na pele abdominal de um camundongo acima do cólon. Configurações semelhantes já estão sendo usadas para permitir olhares ao vivo para o funcionamento interno detalhado do cérebro, medula espinhal, fígado, pulmões e outros órgãos. Imaginando um cólon vivo, Contudo, é uma proposição mais escorregadia.

p Um cérebro não se move muito, mas o cólon faz, o que torna difícil obter imagens detalhadas em uma única célula. Desenvolvemos um sistema magnético que é forte o suficiente para estabilizar o cólon durante a obtenção de imagens para obter este nível de resolução, mas pode ser rapidamente desativado para permitir que o cólon se mova livremente. "

Xiling Shen, o Professor Associado da Família Hawkins de Engenharia Biomédica na Duke University

p Imobilizar o cólon para obtenção de imagens é uma tarefa complicada para métodos tradicionais, como cola ou pontos. Na melhor das hipóteses, eles podem causar inflamação que arruinaria a maioria dos experimentos. Na pior das hipóteses, eles podem causar obstruções, que pode matar rapidamente o rato que está sendo estudado.

p Para contornar esse problema, Shen desenvolveu um dispositivo magnético que se parece muito com uma pequena tira nasal de metal e pode ser conectado com segurança ao cólon. Um campo magnético encaixa o cólon no lugar e o mantém estável durante a imagem, mas uma vez desligado, deixa o cólon livre para se mover e funcionar normalmente.

p Um órgão vital que abriga grande parte do microbioma do sistema digestivo, o cólon pode ser afetado por doenças como a doença inflamatória intestinal, distúrbios gastrointestinais funcionais e câncer. Ele também desempenha um papel fundamental na regulação do sistema imunológico, e pode se comunicar diretamente com o cérebro por meio dos nervos sacrais.

p "Há uma grande necessidade de entender melhor o cólon, porque pode sofrer de tantas doenças e desempenha tantos papéis com implicações significativas para a saúde, "Shen disse. No escritório, Shen e seus colegas conduziram vários experimentos de prova de princípio que fornecem pontos de partida para futuras linhas de pesquisa.

p Os pesquisadores primeiro colonizaram um cólon de camundongo vivo com a bactéria E. coli, derivado de pacientes com doença de Crohn, que foram marcados com proteínas fluorescentes. Os pesquisadores então mostraram que podiam rastrear a migração, crescimento e declínio da bactéria por mais de três dias. Essa capacidade pode ajudar os pesquisadores a entender não apenas como as bactérias antagônicas afetam o cólon, Shen diz, mas os papéis positivos que os probióticos podem desempenhar e quais cepas podem ajudar melhor as pessoas com distúrbios gastrointestinais.

p No próximo experimento, camundongos foram criados com vários tipos de células imunológicas fluorescentes. Os pesquisadores então induziram inflamação no cólon e observaram cuidadosamente a ativação dessas células imunológicas. Shen diz, esta abordagem pode ser usada com vários tipos de células imunológicas e doenças para obter uma melhor compreensão de como o sistema imunológico responde aos desafios.

p Shen e seus colegas mostraram então que podiam marcar e rastrear células-tronco epiteliais do cólon associadas ao câncer colorretal durante o tratamento com radiação. Eles também demonstraram que podiam observar os nervos em todo o cólon responder à estimulação do nervo sacral, uma terapia emergente para o tratamento de motilidade e distúrbios imunológicos, como distúrbios gastrointestinais funcionais e distúrbios do intestino irritável.

p "Embora saibamos que a estimulação elétrica dos nervos sacrais pode aliviar os sintomas desses distúrbios gastrointestinais, atualmente não temos ideia do porquê ou de alguma forma de otimizar esses tratamentos, "Shen disse." Ser capaz de ver como os neurônios do cólon respondem a diferentes formas de onda, frequências e amplitudes de estimulação serão inestimáveis ​​para tornar esta abordagem uma opção melhor para mais pacientes. "

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