研究小鼠创伤性脑损伤后盲肠微生物群的变化
2019年9月19日
本文介绍了一种使用侧向液体打击装置诱导弥漫性创伤性脑损伤，并随后采集盲肠内容物进行肠道微生物组分析的实验方案。
大脑与肠道微生物群之间相互作用的同步性及其关联机制仍不明确。利用该技术，可检测小鼠在创伤性脑损伤后肠道微生物群的变化。该技术的主要优势在于其相对简单且高效。
本实验操作将由我实验室的研究生 Wendong You 演示。进行创伤性脑损伤诱导时，需确认麻醉小鼠对脚趾夹捏无反应，并在动物眼睛上涂抹眼膏。剃毛后，用70%乙醇对暴露的头皮皮肤进行消毒，然后沿矢状面切开头皮。
使用镊子向两侧牵开切口，并轻轻分离骨膜。用记号笔在颅骨右侧顶骨区域距中线两毫米处画一个直径三毫米的圆。使用电动钻小心穿透颅骨，避免损伤硬脑膜。
移除骨瓣以暴露直径为三毫米的骨窗，并将塑料损伤套管置于颅骨开孔处。使用牙科丙烯酸树脂将套管固定于颅骨后，用五毫升注射器将无菌0.9%生理盐水充满套管，注意避免产生气泡。打开示波器和放大器。
确认侧向液体脉冲损伤装置的高压管内无气泡，进行约10次测试脉冲，直至装置输出稳定的信号。调节摆锤起始位置的角度，使脉冲强度达到约两个标准大气压，然后将损伤套管连接至侧向液体脉冲损伤装置。扣动触发器释放摆锤，诱导脑损伤。
然后通过完整的封闭液体填充管路系统获取并传递脉冲至硬脑膜。脑损伤诱导后，移除套管并缝合切口。随后将小鼠置于加热垫上并进行监测，直至其恢复自主活动能力，再将其放回饲养笼，自由摄取食物和饮水。
在指定的实验时间点，按照标准操作流程暴露肠道，并使用无创镊子轻轻将盲肠与其他肠段分离。定位组织后，用锋利的剪刀剪开盲肠，并手动将盲肠内容物取出至无菌敷料上。随后将内容物转移至1.5毫升微量离心管中，于-80°C保存，直至进行微生物组分析。
创伤性脑损伤后三天，小鼠盲肠微生物群的16S重组DNA测序显示其多样性降低，假手术组与创伤性脑损伤组盲肠内容物中最丰富的分类群如图所示。此外，非度量多维尺度分析揭示了创伤性脑损伤后盲肠微生物群组成的改变。钻颅时需注意保持硬脑膜完整，在定位并分离盲肠与其他肠段时操作应轻柔。
按照此操作步骤，可进行苏木精-伊红染色及分析，以检测创伤性脑损伤后肠道组织的组织学改变及炎症反应。
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概述
本研究介绍了一种在小鼠中使用侧向液体打击装置诱导弥漫性创伤性脑损伤（TBI）的实验方案。损伤后，通过采集盲肠内容物分析肠道微生物群的变化。该方法旨在阐明脑损伤与肠道微生物群组成之间的相互作用。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 微生物组分析
- 创伤性脑损伤研究
背景
- 理解大脑与肠道微生物群之间的关系对于颅脑创伤（TBI）研究至关重要。
- 目前关于TBI如何影响肠道微生物群的知识仍然有限。
- 使用小鼠作为模式生物可实现严格的实验条件控制。
研究目的
- 建立一种可靠的诱导创伤性脑损伤（TBI）并分析其后肠道微生物组变化的实验方案。
- 探究神经系统损伤与肠道菌群多样性之间的潜在关联。
- 揭示TBI对整体健康及微生物组相互作用的影响机制。
使用的方法
- 采用侧向液体脉冲装置对麻醉小鼠诱导创伤性脑损伤（TBI）。
- 实施了精细的手术操作，包括颅骨穿刺和套管植入。
- 损伤后，采集盲肠内容物用于微生物组分析，并进行适当保存。
- 采用16S rDNA测序技术分析肠道菌群多样性和组成的变化。
主要结果
- 分析表明，创伤性脑损伤（TBI）后三天内盲肠微生物群的多样性降低。
- 非度量多维尺度分析显示，损伤后微生物群组成发生显著变化。
- 本研究强调在处理组织和维持无菌条件时需谨慎操作。
结论
- 本研究建立了一种在创伤性脑损伤（TBI）背景下探索肠-脑轴的方法学。
- 研究结果表明，TBI 可能会破坏肠道微生物群，这可能对康复产生影响。
- 加深对肠-脑相互作用的理解，可为未来 TBI 的治疗策略提供依据。
常见问题
行业重要性概述
本方案通过提供一种可重复的模型来评估创伤性脑损伤后的微生物组变化，从而在创伤性脑损伤研究中实现对微生物-肠-脑轴的机制性风险排除。该方法通过将神经创伤与盲肠微生物群组成中可量化的改变相关联，支持靶点验证和生物标志物的发现。通过标准化创伤性脑损伤（TBI）诱导和微生物组采样流程，该策略增强了临床前研究中的预测可信度。
生物制药研发中的战略应用
早期发现与靶点验证
- 科学价值：通过在可控的创伤性脑损伤（TBI）诱导后测量肠道菌群多样性变化，能够验证肠-脑轴假说。
- 操作价值：提供标准化的手术与取样流程，确保在不同实验组间一致地收集盲肠菌群样本。
筛选与检测方法开发
- 科学价值：生成定量的16S rDNA测序数据，用于分析盲肠样本中微生物组成的变化。
- 操作价值：建立可重复的微生物组分析工作流程，可整合到靶向肠道治疗药物的筛选流程中。
转化与临床前研究
- 科学价值：通过在小鼠模型中将创伤性脑损伤（TBI）严重程度与肠道微生物组变化相关联，支持与疾病相关的系统建模。
- 操作价值：能够对微生物群的动态变化进行长期追踪，为临床前研究项目中基于风险评估的进展决策提供依据。
流程与工作流整合
该方法通过标准化创伤性脑损伤（TBI）诱导和肠道微生物组分析，连接发现生物学与临床前验证，以实现靶点去风险化。
- 发现生物学：通过可控损伤与微生物组分析，促进对菌群-肠-脑相互作用的假设验证。
- 筛选：提供标准化的盲肠微生物群样本，适用于后续16S测序及多样性分析。
- 分析：通过非度量多维尺度分析与多样性指标，实现微生物组成成分的定量比较。
- 转化研究：将神经系统损伤模型与微生物组生物标志物关联，推动临床前研究的连续性。
- 企业级复用：建立可重复使用的平台，用于在神经系统疾病模型中研究肠-脑轴的调控机制。
运营与企业影响
- 科学价值：通过提供创伤性脑损伤（TBI）后可量化的微生物群读数，减少肠-脑轴研究中的机制模糊性。
- 操作价值：通过标准化的手术、取样和测序流程，确保研究的可重复性。
- 战略价值：将TBI模型与基于微生物组的生物标志物特征关联，提升“继续/终止”决策的准确性。
- 项目影响：支持针对TBI恢复过程中肠-脑相互作用的化合物进行基于风险调整的优先排序。
实施注意事项
- 需要具备小鼠手术操作和无菌组织处理的专业技能。
- 依赖于侧向液体脉冲损伤设备及16S rDNA测序基础设施的可及性。
- 需要神经科学与微生物组分析团队之间的跨团队标准化协作。
- 涉及在不同小鼠品系或损伤模型中进行盲肠取样的适应性考量。
- 受限于肠道组织解剖过程中需采用无菌技术以防止污染。
