Tarmmikrobiom påverkar mönstret för aktivering i råttans hjärna under opioidberoende

När Sierra Simpson gick på college, hon var sjuk i ett år med återkommande feber och kräkningar. Hennes läkare kunde inte ta reda på vad hon hade. Misstänker en bakteriell infektion, de försökte behandla henne med höga doser antibiotika.

"Det visade sig att jag hade malaria och behövde en annan behandling, "Simpson sa." Men då hade antibiotikan rört om min mage och jag kände mig mer orolig än jag hade tidigare. "

Antibiotika dödar sjukdomsframkallande bakterier, men de förstör också många av de fördelaktiga bakterier som lever i våra tarmar, en bieffekt som har kopplats till ett antal långsiktiga hälsoproblem. Den erfarenheten var drivkraften för Simpsons intresse för mikrobiomvetenskap och tarm -hjärnaxeln -; studier av de många sätt som bakterier, virus och andra mikrober som lever i våra kroppar påverkar vårt fysiska och psykiska välbefinnande.

Som en nu frisk doktorand, Simpson arbetade först med tekniker för att visualisera molekyler i hjärnan. Men hon kunde inte skaka av sitt intresse för tarmmikrobiomet och dess kopplingar till hjärnan.

Så en dag, Sierra går bara in i mitt labb och frågar mig om jag skulle vara intresserad av att utforska potentiella samband mellan tarmmikrobiomet och vad mitt laboratorium vanligtvis studerar - drogmissbruk och missbruk. Jag var tveksam i början. Trots allt, Jag tänkte om det var något där, någon skulle ha upptäckt det nu. Men vi bestämde oss för att prova. "

Olivier George, Ph.D., docent i psykiatri vid University of California San Diego School of Medicine

I en studie publicerad 27 april, 2020 i eNeuro , Simpson, George och team upptäckte att tarmmikrobiomet påverkar mönstret för aktivering i en råttas hjärna under opioidberoende och tillbakadragande.

"Som du ofta måste göra inom vetenskap, vi slog först problemet med en hammare för att se hur systemet går sönder, sedan tillbaka därifrån, "Sa Simpson.

Med det menar hon att för att avgöra om tarmmikrobiomet påverkade läkemedelsberoende, de behövde först jämföra en organism med ett normalt tarmmikrobiom med en utan. Att göra det, forskarna gav några råttor antibiotika som tömde 80 procent av deras tarmmikrober. Alla råttor -; de med och utan tarmmikrober -; var beroende av receptbelagda opioida smärtstillande oxykodon. Sedan gick några av råttorna från varje grupp till uttag.

"Till mig, det mest överraskande var att råttorna alla verkade likadana på ytan, "Sa George." Det fanns inga större förändringar i opioiders smärtlindrande effekt, eller symptom på abstinens eller annat beteende mellan råttorna med och utan tarmmikrober. "

Det var inte förrän laget tittade på råttornas hjärnor som de såg en signifikant skillnad. Det typiska mönstret för neuronrekrytering till olika delar av hjärnan under förgiftning och tillbakadragande stördes hos råttor som hade behandlats med antibiotika, och saknade därmed de flesta av deras tarmmikrober. Framför allt, under berusning, råttor med utarmade tarmmikrober hade fler aktiverade neuroner i hjärnregionerna som reglerar stress och smärta (periaqueductal grå, locus coeruleus) och regioner som är involverade i opioidförgiftning och tillbakadragande (central amygdala, basolateral amygdala). Under uttag, råtta-utarmade råttor hade färre aktiverade neuroner i den centrala amygdala, jämfört med råttor med normala tarmmikrobiomer.

"Det var många månader med att räkna svarta prickar, "Simpson sa." Men i slutändan blev det klart att, åtminstone hos råttor, tarmmikrober förändrar hur hjärnan reagerar på droger. "

Denna förändring kan påverka beteendet, hon förklarade, eftersom en minskning av neuroner rekryterade i centrala amygdala kan resultera i färre abstinenssymtom, vilket i sin tur kan leda till en högre risk för drogmissbruk.

Nu, Georges team utökar sina studier till att inkludera råttor som själv administrerar oxikodon och utavlade råttor som är mer genetiskt olika. De letar också efter mikrobiella eller kemiska signaturer hos råttorna som kan indikera vilka som är mer mottagliga för beroende, med och utan tarmmikrober.

Dessutom, forskarna bryter data från mänskliga mikrobiomer, som inkluderar användare av opioider och antibiotika, för att se om de följer trender som liknar dem de observerade hos råttor.

"Denna studie tyder inte bara på att tarmmikrober kan spela en roll vid drogberoende, om vi hittar liknande effekter hos människor, det kan förändra vårt sätt att tänka på att förskriva antibiotika och smärtstillande medel, till exempel när en person opereras, "George sa." Hur en persons tarmmikrober påverkas kan göra dem mer eller mindre känsliga för opioiderna. Nyckeln nu kommer att leta efter biomarkörer så att vi kan förutsäga hur en person kan reagera innan vi behandlar dem. "

När det gäller Simpson, hon tog sin doktorsexamen för bara en och en halv vecka sedan, efter att ha lyckats försvara sin avhandling praktiskt taget -; presentera sina forskningsresultat för sin rådgivande kommitté, familj och vänner medan de skyddade sig på plats under COVID-19-pandemin. Nästa, Simpson kommer att rikta uppmärksamheten mot ett startföretag som hon lanserar för att ytterligare avancera och kommersialisera sina forskningsresultat.

• Ny riktlinje ger evidensbaserade rekommendationer för klinisk hantering av EoE
• Tarmmikrobiota kan förutsäga allvarligheten av COVID-19