المستقلبات الميكروبية المشتقة من الأمعاء لها تأثيرات متعددة الأوجه تؤدي إلى سلوك معقد في الحيوانات. نحن نهدف إلى توفير طريقة خطوة بخطوة لتحديد آثار المستقلبات الميكروبية المشتقة من الأمعاء في الدماغ عن طريق التسليم داخل البطين عبر قنية دليلية.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
* These authors contributed equally
المستقلبات الميكروبية المشتقة من الأمعاء لها تأثيرات متعددة الأوجه تؤدي إلى سلوك معقد في الحيوانات. نحن نهدف إلى توفير طريقة خطوة بخطوة لتحديد آثار المستقلبات الميكروبية المشتقة من الأمعاء في الدماغ عن طريق التسليم داخل البطين عبر قنية دليلية.
تم التحقيق على نطاق واسع في تأثير ميكروبات الأمعاء ومستقلباتها على فسيولوجيا المضيف وسلوكه على نطاق واسع في هذا العقد. كشفت العديد من الدراسات أن المستقلبات المشتقة من ميكروبات الأمعاء تعدل الوظائف الفسيولوجية بوساطة الدماغ من خلال مسارات معقدة بين الأمعاء والدماغ في المضيف. الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة (SCFAs) هي المستقلبات الرئيسية المشتقة من البكتيريا التي يتم إنتاجها أثناء تخمير الألياف الغذائية بواسطة ميكروبيوم الأمعاء. يمكن أن تعمل SCFAs المفرزة من الأمعاء في مواقع متعددة في المحيط ، مما يؤثر على الاستجابات المناعية والغدد الصماء والعصبية بسبب التوزيع الواسع لمستقبلات SCFAs. لذلك ، من الصعب التمييز بين الآثار المركزية والطرفية ل SCFAs من خلال الإدارة الفموية وداخل الصفاق ل SCFAs. تقدم هذه الورقة طريقة قائمة على الفيديو لاستجواب الدور الوظيفي ل SCFAs في الدماغ عبر قنية إرشادية في الفئران التي تتحرك بحرية. يمكن تعديل كمية ونوع SCFAs في الدماغ عن طريق التحكم في حجم التسريب ومعدله. يمكن أن توفر هذه الطريقة للعلماء طريقة لتقدير دور المستقلبات المشتقة من الأمعاء في الدماغ.
يأوي الجهاز الهضمي البشري كائنات دقيقة متنوعة تؤثر على المضيف1،2،3. يمكن لبكتيريا الأمعاء هذه إفراز مستقلبات مشتقة من الأمعاء أثناء استخدامها للمكونات الغذائية التي يستهلكها المضيف 4,5. ومن المثير للاهتمام ، يمكن نقل مستقلبات الأمعاء غير المستقلب في المحيط إلى أعضاء أخرى عبر الدورة الدموية6. تجدر الإشارة إلى أن هذه المستقلبات المفرزة يمكن أن تكون بمثابة وسطاء لمحور الأمعاء والدماغ ، والذي يعرف بأنه الاتصال ثنائي الاتجاه بين الجهاز العصبي المركزي والأمعاء7. وقد أظهرت الدراسات السابقة أن المستقلبات المشتقة من الأمعاء يمكن أن تعدل السلوك المعقد والعاطفة في الحيوانات8،9،10،11.
الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة (SCFAs) هي المستقلبات الرئيسية التي تنتجها ميكروبات الأمعاء أثناء تخمير الألياف الغذائية والكربوهيدرات غير القابلة للهضم6. الأسيتات والبروبيونات والزبدات هي SCFAs الأكثر وفرة في الأمعاء12. SCFAs بمثابة مصدر الطاقة للخلايا في الجهاز الهضمي. يمكن نقل SCFAs غير المستقلب في الأمعاء إلى الدماغ من خلال الوريد البابي ، وبالتالي تعديل الدماغ والسلوك 6,12. وقد أشارت الدراسات السابقة إلى أن SCFAs قد تلعب دورا حاسما في الاضطرابات العصبية والنفسية 6,12. على سبيل المثال ، الحقن داخل الصفاق من الزباديات في الفئران BTBR T + Itpr3tf / J (BTBR) ، وهو نموذج حيواني لاضطراب طيف التوحد (ASD) ، أنقذ عجزهم الاجتماعي13. أظهرت الفئران المعالجة بالمضادات الحيوية التي تتلقى الميكروبات من الأشخاص المصابين بالاكتئاب زيادة في السلوكيات الشبيهة بالقلق و SCFAs البرازية14. سريريا ، لوحظت تغيرات في مستويات SCFAs البرازية في الأشخاص الذين يعانون من ASD مقارنة بالضوابط النامية عادة15,16. الأشخاص الذين يعانون من الاكتئاب لديهم مستويات SCFAs أقل في البراز من الأشخاص الأصحاء17,18. اقترحت هذه الدراسات أن SCFAs يمكن أن تغير السلوك في الحيوانات والبشر من خلال طرق مختلفة.
تمارس المستقلبات الميكروبية تأثيرات متنوعة على مواقع متعددة في الجسم ، مما يؤثر على فسيولوجيا المضيف والسلوكيات 4,19 ، بما في ذلك الجهاز الهضمي والعصب المبهم والعصب الودي. من الصعب تحديد الدور الدقيق للمستقلبات المشتقة من الأمعاء في الدماغ عند إدارة المستقلبات عبر الطرق الطرفية. تقدم هذه الورقة بروتوكولا قائما على الفيديو للتحقيق في آثار المستقلبات المشتقة من الأمعاء في دماغ فأر يتحرك بحرية (الشكل 1). أظهرنا أنه يمكن إعطاء SCFAs بشكل حاد من خلال قنية الدليل أثناء الاختبارات السلوكية. يمكن تعديل نوع وحجم ومعدل ضخ المستقلبات اعتمادا على الغرض. يمكن تعديل موقع القنية لاستكشاف تأثير مستقلبات الأمعاء في منطقة معينة من الدماغ. نحن نهدف إلى تزويد العلماء بطريقة لاستكشاف التأثير المحتمل للمستقلبات الميكروبية المشتقة من الأمعاء على الدماغ والسلوك.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تمت الموافقة على جميع البروتوكولات التجريبية ورعاية الحيوانات من قبل اللجنة المؤسسية لرعاية واستخدام الحيوانات بجامعة تشنغ كونغ الوطنية (NCKU).
1. التحضير لحيوان التجارب
2. الجراحة المجسمة
3. التجارية دليل مخصص زرع قنية
4. إعداد SCFAs
5. إعداد نظام التسريب للتوصيل داخل البطين من SCFAs أثناء الاختبار السلوكي
6. إعدادات النظام من وحدة تحكم الحقن المجهري
7. ضخ SCFAs في البطين الجانبي من خلال قنية الدليل التجاري في الفأر المتحرك بحرية
8. استعادة نظام الحقن المجهري
9. اختياري: التحقق من صحة الحقن داخل البطين عن طريق التتبع العصبي
10. اختياري: ضخ المستقلبات من خلال قنية دليل الفولاذ المقاوم للصدأ مخصصة في البطين الجانبي في الفئران
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تم غرس الفأر مع SCFAs 1 بعد أسبوع من الشفاء من زرع قنية الدليل لتقييم النشاط الحركي في قفص جديد. تم وضع الفأر في قفص جديد وغرسه مع 2100 نانولتر من SCFAs أو ACSF في أول 5 دقائق (معدل تسليم 7 nL / s) في الدماغ من خلال قنية الدليل التجاري المزروعة في البطين الجانبي للدماغ. تم تسجيل النشاط الحركي في قفص جديد لمدة 30 دقيقة إضافية بعد التسريب. لم يلاحظ أي فرق في النشاط الحركي في القفص الجديد بين ضخ SCFAs و ACSF (الشكل 6) (n = 2 فئران لكل مجموعة ؛ يتم عرض البيانات كمتوسط ± s.e.m. وتحليلها بواسطة AN...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ارتبطت المستقلبات المشتقة من الأمعاء بأمراض بوساطة الدماغ دون آلية دقيقة للغاية ، ويرجع ذلك جزئيا إلى مواقع ارتباطها المتعددة في الجسم6،12،24. أشارت التقارير السابقة إلى أن SCFAs يمكن أن تكون بمثابة روابط للمستقبلات المرتبطة بالبروتين G ، والمنظمين اللاجينيين ، ومصادر لإنتاج الطاقة في مواقع متعددة في الجسم 6,12. لتجاوز العوامل المربكة التي تنشأ من المحيط (مثل الخلايا الم...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح فيما يتعلق بهذا العمل.
نحن نقدر موظفي مركز المختبر في جامعة تشنغ كونغ الوطنية (NCKU) لرعاية الحيوانات. تم دعم هذا العمل من خلال المنحة الدراسية المقدمة من صندوق البروفيسور كون ين هوانغ للتعليم التابع لمؤسسة تشنغ - هسينغ الطبية إلى C.-W.L. ؛ الأموال من وزارة العلوم والتكنولوجيا (MOST) في تايوان: (البحوث الجامعية MOST 109-2813-C-006-095-B) إلى T.-H.Y. ؛ (معظم 107-2320-B-006-072-MY3; 109-2314-B-006-046; 110-2314-B-006-114; 110-2320-B-006-018-MY3) إلى W.-L.W.; ومشروع براعم التعليم العالي ، وزارة التربية والتعليم إلى مقر التقدم الجامعي في NCKU إلى W.-L.W.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| <قوي>المواد< / قوي> | |||
| Advil Liqui-Gels المذاب الإيبوبروفين A2: D41 | Pfizer | n / a | |
| Alexa Fluor 488 الحمار المضاد للأرانب | ThermoFisher Scientific | A-21206 | |
| الذهب المضاد للفلورسنت (الأرانب متعدد النسيلة ) | Millipore | AB153-I | |
| مرشح فراغ أعلى الزجاجة ، 500 مل ، 0.22 مو ؛ م ، PES ، | NEST | 121921LA01 | |
| CaCl 2< / sub> ؛ | Sigma-Aldrich | C1016 | ACSF: 0.14 جم / لتر |
| مقشر الكلورهيكسيدين 2٪ | Phoenix | NDC 57319-611-09 | |
| محلول الكلورهيكسيدين | Phoenix | NDC 57319-599-09 | |
| وهمية تجارية | RWD Life Science | 62004 | Single_OD 0.20 مم / M3.5 / G = 0.5 مم |
| دليل تجاري cannul | RWD Life Science | 62104 | Single_OD 0.41 مم -27G / M3.5 / C = 2.5 مم |
| حاقن تجاري | RWD Life Science | 62204 | Single_OD 0.21 مم -33G / زملائك مع M3.5 / C = 3.5 مم / جم = 0.5 مم |
| D- (+) - الجلوكوز | Sigma-Aldrich | G8270 | ACSF: 0.61 جم / لتر |
| أكريليك الأسنان | HYGENIC | N / A | |
| مسامير التثبيت | RWD Life Science | 62521 | |
| وسيط تركيب Fluoroshield مع DAPI | Abcam AB104139 | ||
| مصل الحصان | ThermoFisher Scientific | 16050130 | |
| محاقن الأنسولين | BBraun | XG-LBB-9151133S-1BX | 1 مل |
| Isoflurane | بانيون & BF التكنولوجيا الحيوية | DG-4900-250D | |
| KCl | سيجما ألدريتش | P3911 | ACSF: 0.19 جم / لتر |
| كيتوبروفين ؛ | المستحضرات الصيدلانية السويسرية | غير | |
| الليدوكائين | AstraZeneca | n / a | |
| نقطة انصهار منخفضة agarose | Invitrogen | 16520 | |
| MgCl2 | Sigma-Aldrich | M8266 | ACSF: 0.19 جم / لتر |
| زلات غطاء المجهر | MARIENFELD | 101242 | |
| شرائح | المجهر ThermoFisher Scientific | 4951PLUS-001E | |
| ضوء الزيت المعدني ، أبيض NF | ماكرون للكيماويات الدقيقة | MA-6358-04 | |
| NaCl ؛ | سيجما ألدريتش | S9888 | ACSF: 7.46 جم / لتر |
| NaH 2< / sub>PO4 ؛ | سيجما ألدريتش | S8282 | ACSF: 0.18 جم / لتر |
| NaHCO3 | Sigma-Aldrich | S5761 | ACSF: 1.76 جم / لتر |
| لاصق n-butyl cyanoacrylate (غراء لاصق للأنسجة) | 3M | 1469SB | 3M Vetbond |
| Neural tracer ؛ | سانتا كروز | SC-358883 | FluoroGold |
| Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | P6148 | |
| أنبوب البولي إيثيلين | RWD علوم الحياة | 62329 | OD 1.50 ، معرف 0.50 مم و OD 1.09 ، معرف 0.38 مم |
| Puralube Vet (العين) مرهم | Dechra & nbsp ؛ | 12920060 | |
| أسيتات الصوديوم | Sigma-Aldrich | S2889 | SCFAs: 13.5 ملي مولار |
| أزيد الصوديوم | Sigma-Aldrich | S2002 | |
| زبدات الصوديوم | سيجما ألدريتش | B5887 | SCFAs: 8 ملي مولار |
| بروبيونات الصوديوم | Sigma-Aldrich | P1880 | SCFAs: 5.18 ملي متر |
| قنية دليل غير القابل للصدأ | Chun Ta شركة الفولاذ المقاوم للصدأ CO.، LTD. | ن / أ | OD 0.63 مم ؛ البائع المحلي |
| حاقن الفولاذ المقاوم للصدأ | Chun Ta شركة الفولاذ المقاوم للصدأ المحدودة. | N / A | OD 0.3 مم ؛ دمية مصنوعة من حاقن ؛ البائع المحلي |
| Superglue | Krazy Glue | KG94548R | |
| Triton X-100 | Merck | 1.08603.1000 | |
| Equipment< / strong> | |||
| cannula حامل | RWD Life Science | B485-68217 | |
| كاميرا السقف | FOSCAM | R2 | |
| أدوات التجسيم الرقمية | Stoelting | 51730D | |
| تشريح المجهر | INNOVIEW | SEM-HT / TW | |
| معقم الخرزة الزجاجية | RWD Life Science | RS1501 | |
| وسادة التدفئة | Stoelting | 53800M | |
| مجهر لايكا ؛ | Leica | DM2500 | |
| ملقط تشريح دقيق | ROBOZ | RS-5136 | مسنن ، منحنى طفيف ؛ حساسية اضافية. 0.5 مم عرض الطرف ؛ 4 "الطول |
| مقص التشريح الصغير | ROBOZ | RS-5918 | 4.5 "وحدة |
| تحكم الحقن | العالمية للأدوات الدقيقة (WPI) | MICRO2T | تحكم SMARTouch |
| مضخة حقنة الحقن | الدقيق العالمية للأدوات الدقيقة (WPI) | UMP3T-1 | UltraMicroPump3 ؛ |
| حقنة ميكرولتر | هاميلتون | 80014 | 10 & مايكرو; L |
| الألياف الضوئية الضوء البارد مع خطوة الألياف المزدوجة | LGY-150 | البائع المحلي | |
| ماكينة تشذيب الأليفة | WAHL | 09962-2018 | |
| مبخر ل Isoflurane | Step | AS-01 | البائع المحلي |
| Vibratome | Leica | VT1000S | |
| Software< / strong> | |||
| فيديو سلوك برنامج التتبع | Noldus | EthoVision | الإصدار: 15.0.1416 |
| Leica Application Suite X software | Leica | LASX | الإصدار: 3.7.2.22383 |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.