Forskare designar experimentellt tarm-hjärnsystem i en laboratorieskål

Forskning om det som kallas tarm-hjärnaxeln fortsätter att avslöja hur hjärnan och tarmen påverkar varandras hälsa och välbefinnande. Nu försöker forskare lära sig mer om tarm-hjärn-diskurs med hjälp av ett modellsystem inbyggt i en labrätt.

Det har varit känt i decennier att hjärnan och tarmen, som inkluderar mage och tarmar, har en relation som bygger på öppna kommunikationslinjer. Vetenskapliga studier har visat att tarm-hjärn-signalering styr grundläggande funktioner-; som en full mage som signalerar hjärnan att sluta äta -; och har blivit inblandad i utvecklingen av komplexa tillstånd inklusive depression och autoimmun sjukdom.

Och sedan finns det våra egna medvetna erfarenheter som inkluderar "att lita på vår tarm, "när jag står inför ett tufft beslut, börjar bli orolig när jag tittar på duschen Psykopat , eller att känna fjärilar när någon går in i rummet.

Nu har forskare vid University of Maryland på College Park konstruerat ett experimentellt tarm-hjärnsystem i en labbskål-; kallas ofta lab-on-a-chip-; att börja identifiera molekylerna och signalvägarna genom vilka dessa separata men ändå beroende beroende organsystem kommunicerar.

Detta är imponerande vävnad, kemisk, och elteknik. Teamet konstruerade ett chip som kunde stödja flera vävnadstyper samtidigt som det integrerade kemiska och elektriska sensorer som på ett tillförlitligt sätt kunde fånga upp den subtila signalen som sker mellan vävnaderna i realtid. "

David Rampulla, Doktorsexamen, Direktör för programmet i syntetisk biologi, National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB)

Den slutliga chipdesignen innehåller vad teamet beskriver som ett transwell -system. Den har ett separat fack för "mini-gut" som består av endotelceller som utgör modellen för tarmfoder, och ett separat fack för "mini-hjärnan, "ett modellnervsystem som består av buknerven som dissekerats från en kräfta.

Kräftnerven användes eftersom kräftorna har varit en basmodell för att studera tarm-hjärnans axelsignalering. En vätskeförbindelse mellan de två facken möjliggjorde förflyttning och övervakning av signalmolekyler.

Efter att ha designat och byggt sin tarm-hjärnmodell, forskargruppen utförde inledande tester. En av de centrala signalmolekylerna som är kända för att spela en nyckelroll i tarm-hjärnsignalering är signalsubstansen serotonin. Teamet injicerade serotonin i toppen av tarmmodulen.

Sensorerna i systemet indikerade att signalsubstansen framgångsrikt överfördes genom endotelcellsytan till endotelbasen där serotonin naturligt frigörs i tarmen.

Inom millisekunder, elektriska sensorer detekterade avfyrning av neuroner i kräftnerven vilket indikerar att serotoninet snabbt hade diffunderat in i nervmodulen-; troget återge de naturliga elektrofysiologiska svaren som observerats i djurstudier med kräftmodell.

Teamet är övertygat om att deras system kommer att möjliggöra övervakning i realtid av signalering mellan båda tarm-hjärnaxelvävnaderna samtidigt för första gången utan att behöva utföra invasiva procedurer på människor eller djur.

Framtida studier som planeras för systemet inkluderar att undersöka hur elektriska signaler från kräftens nervkabel orsakar förändringar i endotelceller som är associerade med endotel dysfunktion som leder till sjukdom.

Till exempel, vid autoimmuna sjukdomar som irritabelt tarmsyndrom, det finns en gallring av tarmens endotel som resulterar i endotel dysfunktion och inflammation. Studier i det nya systemet kan vara oerhört värdefulla för att identifiera neurokemisk signalering som är involverad i sjukdomsutveckling och vägleda nya behandlingsmetoder för så komplexa sjukdomar.

• P2 COVID-19-studie visar inga materiella säkerhetsskillnader mellan opaganib och kontrollarmar
• Tarmceller varnar kroppen för fara under parasitinvasion