Лучшее понимание оси кишечник-мозг может привести к новым методам лечения неврологических расстройств.

Любой, кто испытал «бабочек в животе» перед большой презентацией, не удивится, узнав, что между их кишечником и мозгом существует физическая связь.

Нейробиологи и медицинские работники называют эту связь «осью кишечник-мозг» (GBA); лучшее понимание GBA может привести к разработке методов лечения и лечения неврологических расстройств, таких как депрессия и тревога, а также при ряде хронических аутоиммунных воспалительных заболеваний, таких как синдром раздраженного кишечника (СРК) и ревматоидный артрит.

Сейчас, эти состояния и заболевания в первую очередь диагностируются на основании сообщений пациентов об их симптомах. Тем не мение, нейробиологи и врачи исследуют GBA, чтобы найти так называемые «биомаркеры» этих заболеваний. В случае GBA, этот биомаркер, скорее всего, серотонин.

Нацеливаясь на эту сложную связь между кишечником и мозгом, исследователи надеются, что они смогут раскрыть роль микробиома кишечника в заболеваниях кишечника и головного мозга.

С легко идентифицируемым биомаркером, таким как серотонин, может быть какой-то способ измерить, как дисфункция микробиома кишечника влияет на сигнальные пути GBA.

Имея инструменты, которые могут улучшить понимание, помощь в диагностике заболеваний, и дать представление о том, как диета и питание влияют на психическое здоровье, было бы чрезвычайно ценно.

Благодаря финансированию Национального научного фонда в размере 1 миллиона долларов, команда инженеров Университета Мэриленда, нейробиология прикладная микробиология, и физика продвигается вперед в создании платформы, которая может отслеживать и моделировать в реальном времени обработку серотониновой активности кишечного микробиома.

Три новых опубликованных документа подробно описывают ход работы. который включает инновации в обнаружении серотонина, оценка его неврологических эффектов, и распознавание мельчайших изменений эпителия кишечника.

В «Электрохимическом измерении серотонина электродами Au-CNT, изготовленными на пористых мембранах клеточных культур» (https:/ / www. природа. com / статьи / s41378-020-00184-4), команда разработала платформу, которая обеспечивает доступ к конкретному участку производства серотонина.

Платформа включала пористую мембрану со встроенным датчиком серотонина, на котором можно выращивать модель слизистой оболочки кишечника. Это нововведение позволило исследователям получить доступ как к верхней, так и к нижней сторонам клеточной культуры, что важно, поскольку серотонин секретируется из нижней части клеток.

Работа является первой, демонстрирующей возможный метод обнаружения окислительно-восстановительных молекул, такой как серотонин, непосредственно на пористом и гибком субстрате для клеточных культур. Он обеспечивает превосходный доступ к высвобождаемым клетками молекулам и создает управляемую модельную среду кишечника для проведения революционных исследований GBA без необходимости выполнять инвазивные процедуры на людях или животных.

Вторая статья команды, «Гибридная система биомониторинга для коммуникации кишечника и нейрона» (https:/ / ieeexplore. ieee. org / документ/ 9123494), основан на результатах первого исследования:исследователи дополнительно разработали платформу для измерения серотонина, чтобы можно было оценить неврологические эффекты серотонина.

Путем добавления и интеграции модели рассеченного нерва рака с моделью слизистой оболочки кишечника, команда создала интерфейс кишечник-нейрон, который может электрофизиологически оценить нервную реакцию на электрохимически обнаруженный серотонин.

Этот прогресс позволяет изучать молекулярную передачу сигналов между кишечником и нервными клетками, что впервые делает возможным мониторинг обеих тканей GBA в реальном времени.

Наконец-то, концепция, дизайн, и использование всей платформы биомониторинга описано в третьей статье, «Интегрированные системы Transwell с электрохимическим датчиком с 3D-печатью» (https:/ / www. природа. com / статьи / s41378-020-00208-z).

В этой статье рассматривается разработка корпуса, напечатанного на 3D-принтере. поддержание здоровой культуры клеток кишечника "лаборатория на чипе", и оценка двух типов датчиков, встроенных в мембрану клеточной культуры.

Двойные датчики особенно важны, потому что они обеспечивают обратную связь о нескольких компонентах системы, а именно:части, моделирующие проницаемость слизистой оболочки кишечника (сильный индикатор заболевания) и высвобождение серотонина (показатель связи с нервной системой).

Наряду с электрохимическим датчиком, оцениваемым с использованием стандартной окислительно-восстановительной молекулы ферроцена диметанола, был использован датчик импеданса для мониторинга роста клеток и покрытия мембраны.

Использование обоих этих датчиков позволит контролировать культуру клеток кишечника в различных условиях окружающей среды и питания. Это также позволит исследователям оценить изменения проницаемости барьеров (сильный индикатор болезни), и выброс серотонина (мера связи с нервной системой).

• Варианты генов могут дать ключ к успеху лечения детского эозинофильного эзофагита.
• Исследователи стремятся остановить неожиданное выставление счетов за колоноскопию