Nový systém umožňuje pozorovanie jednotlivých buniek v hrubom čreve v reálnom čase

Biomedicínski inžinieri z Duke University vyvinuli systém, ktorý umožňuje pozorovanie jednotlivých buniek v hrubom čreve živej myši v reálnom čase.

Vedci očakávajú, že tento postup umožní nové skúmanie mikrobiómu tráviaceho systému, ako aj príčin chorôb, ako sú zápalové ochorenia čriev a rakoviny hrubého čreva, a ich liečby.

Postup popísaný online 11. decembra v Prírodné komunikácie zahŕňa chirurgickú implantáciu priehľadného okna do brušnej kože myši nad hrubým črevom. Podobné nastavenia sa už používajú na umožnenie živého pohľadu na podrobné vnútorné fungovanie mozgu, miecha, pečeň, pľúca a iné orgány. Zobrazenie živého hrubého čreva, však je klzkejší návrh.

Mozog sa veľmi nepohybuje, ale hrubé črevo áno, čo sťažuje získanie podrobných obrázkov do jednej bunky. Vyvinuli sme magnetický systém, ktorý je dostatočne silný na to, aby stabilizoval hrubé črevo na mieste počas zobrazovania, aby sa získala táto úroveň rozlíšenia, ale dá sa rýchlo vypnúť, aby sa hrubé črevo mohlo voľne pohybovať. “

Xiling Shen, Hawkins Family docent biomedicínskeho inžinierstva na Duke University

Imobilizácia hrubého čreva na zobrazovanie je náročná úloha pre tradičné metódy, ako je lepidlo alebo stehy. V najlepšom prípade môžu spôsobiť zápal, ktorý by zničil väčšinu experimentov. V najhoršom prípade môžu spôsobiť prekážky, ktorý môže rýchlo zabiť študovanú myš.

Ak chcete tento problém obísť, Shen vyvinul magnetické zariadenie, ktoré vyzerá podobne ako malý kovový nosový prúžok a dá sa bezpečne pripevniť na hrubé črevo. Magnetické pole zachytí hrubé črevo na mieste a udržiava ho stabilné počas zobrazovania, ale keď sa vypne, necháva hrubé črevo voľne sa pohybovať a fungovať normálne.

Životne dôležitý orgán, v ktorom sa nachádza veľká časť mikrobiómu tráviaceho systému, hrubé črevo môže byť postihnuté chorobami, ako sú zápalové ochorenia čriev, funkčné gastrointestinálne poruchy a rakovina. Hrá tiež kľúčovú úlohu v regulácii imunitného systému, a môže komunikovať priamo s mozgom prostredníctvom sakrálnych nervov.

„Existuje veľká potreba lepšie porozumieť hrubému črevu, pretože môže trpieť toľkými chorobami a hrať toľko rolí s významnými zdravotnými dôsledkami, „Povedal Shen. V štúdii Shen a jeho kolegovia vykonali niekoľko experimentov s dôkazom princípu, ktoré poskytujú východiská pre budúce línie výskumu.

Vedci najskôr kolonizovali živé myšie hrubé črevo baktériami E. coli, odvodené od pacientov s Crohnovou chorobou, ktoré boli označené fluorescenčnými proteínmi. Vedci potom ukázali, že môžu sledovať migráciu, rast a úbytok baktérií viac ako tri dni. Táto schopnosť by mohla vedcom pomôcť pochopiť nielen to, ako antagonistické baktérie postihujú hrubé črevo, Shen hovorí, ale pozitívnu úlohu môžu hrať probiotiká a ktoré kmene môžu najlepšie pomôcť ľuďom s gastrointestinálnymi poruchami.

V nasledujúcom experimente myši boli chované s niekoľkými druhmi fluorescenčných imunitných buniek. Vedci potom vyvolali zápal v hrubom čreve a pozorne sledovali aktiváciu týchto imunitných buniek. Shen hovorí, tento prístup by sa mohol použiť s rôznymi druhmi imunitných buniek a chorôb, aby sa lepšie porozumelo tomu, ako imunitný systém reaguje na výzvy.

Shen a jeho kolegovia potom ukázali, že počas radiačnej liečby môžu označovať a sledovať epiteliálne kmeňové bunky hrubého čreva spojené s kolorektálnym karcinómom. Ukázali tiež, že môžu sledovať nervy v hrubom čreve, ako reagujú na stimuláciu sakrálnych nervov, objavujúca sa terapia na liečbu pohyblivosti a imunitných porúch, ako sú funkčné gastrointestinálne poruchy a poruchy dráždivého čreva.

„Aj keď vieme, že elektrická stimulácia sakrálnych nervov môže zmierniť príznaky týchto gastrointestinálnych porúch, v súčasnosti nemáme predstavu, prečo alebo akýmkoľvek spôsobom optimalizovať tieto ošetrenia, „Povedal Shen.“ Keď sme videli, ako neuróny hrubého čreva reagujú na rôzne tvary vĺn, frekvencie a amplitúdy stimulácie budú neoceniteľné, aby bol tento prístup lepšou voľbou pre viac pacientov. “

• Imunitné bunky opravujú poškodené črevo u detí s IBD
• Nový výskum môže pomôcť usmerniť budúcu liečbu nealkoholického stukovatenia pečene