Le transport membranaire est l’un des concepts les plus fondamentaux enseignés aux étudiants de premier cycle de toutes les principales disciplines des sciences biologiques, fondamentales ou appliquées. Traditionnellement, le mouvement à travers les membranes a été visualisé à l’aide de métabolites marqués avec des isotopes radioactifs. Cependant, ces méthodes sont extrêmement dangereuses et ne sont pas réalisables pour l’enseignement ou l’apprentissage. Bien que l’apprentissage par l’expérience soit la meilleure technique pédagogique pour comprendre des concepts aussi complexes, il s’agit d’un défi qui est encore aggravé par le manque d’infrastructures, les colorants/métabolites coûteux à base de fluorescence et, surtout, l’interdiction des expériences de dissection animale. Il est donc nécessaire de développer des outils et des méthodes alternatives qui sont non seulement sûrs, mais aussi peu coûteux et réalisables dans un laboratoire de premier cycle. Ici, une nouvelle méthode d’enseignement du transport membranaire a été développée pour les étudiants de premier cycle. Le protocole rapporté, une adaptation d’Agar et al. 19548, démontre un transport membranaire actif unidirectionnel de l’histidine à travers les cellules de l’intestin de chèvre. Cette étude a été entreprise pour démontrer l’utilisation d’un test basé sur la colorimétrie pour visualiser l’absorption de l’histidine à travers les membranes intestinales. Il est simple, reproductible et compréhensible pour les étudiants et peut être réalisé dans n’importe quel laboratoire.
Le modèle du sac intestinal inversé a été développé pour la première fois par Wilson et Wiseman10, qui a ensuite été amélioré pour augmenter la viabilité des tissus. Les mécanismes et la cinétique de l’absorption des médicaments ont été élucidés à l’aide de sacs inversés intestinaux11. Les avantages de ce modèle comprennent une grande surface d’absorption ; Cependant, la viabilité des tissus est l’un des paramètres limitants. Il a été rapporté que le tissu intestinal reste viable et métaboliquement actif dans des conditions physiologiques pendant ~2 h11. Une autre mise en garde potentielle de cette approche qui doit être prise en considération est l’incapacité d’enlever la musculeuse, la muqueuse et la séreuse des préparations de sac inversé. La liaison de certains composés à la couche musculaire peut limiter ou sous-estimer le transport de ces composés. Bien que le modèle du sac intestinal inversé soit à la fois sensible et spécifique, divers facteurs pourraient avoir un impact sur les résultats. Certains de ces facteurs comprennent l’âge, le sexe, l’espèce, le régime alimentaire et l’état pathologique de l’animal, ainsi que le segment de l’intestin utilisé pour l’analyse (iléon, jéjunum, duodénum et côlon). Des facteurs environnementaux tels que le pH, l’aération et la température auraient également un impact sur les résultats12.
Il a été démontré que le retard dans la récolte de l’intestin et l’état animal (vivant/mort) affectent le transport actif dans les segments duodénaux de l’intestin du rat. La récolte sur des animaux anesthésiés permet d’obtenir un délai minimal, évitant ainsi la détérioration du transporteur13. Cependant, à la lumière de l’interdiction des dissections d’animaux dans les universités, des intestins d’animaux fraîchement sacrifiés ont été utilisés dans notre dispositif expérimental. Bien que ce protocole puisse être utilisé avec succès pour établir une absorption qualitative d’un métabolite à travers les entérocytes, son utilisation dans des études impliquant la cinétique de transport membranaire est limitante. L’étape la plus critique de ce protocole est la préparation réussie de sacs intestinaux inversés étanches avec des entérocytes viables. La nature délicate et la viabilité des villosités et des entérocytes posent un défi qui peut être surmonté avec de la pratique. De plus, étant donné que le matériel de départ ne provient pas d’une population animale consanguine et syngénique, la variabilité des résultats entre les expériences est un inconvénient important. Ce problème peut être surmonté par l’utilisation de plusieurs répétitions du même animal. Compte tenu de ces considérations, la méthode présentée dans cette étude doit être strictement utilisée comme outil pédagogique dans la formation pratique de premier cycle.
Le protocole décrit a été utilisé avec succès pour démontrer le transport de l’histidine. L’absorption unidirectionnelle du sodium et de l’histidine dans les sacs inversés indique un type de transport actif secondaire de type symport. L’absorption intestinale des acides aminés neutres suit une cinétique vectorielle qui dépend du gradient de concentration mis en place par l’ATPase Na+ K+. Une configuration similaire maintient un potentiel de membrane négative intracellulaire et une concentration extracellulaire de sodium de 150 mM. Ces deux éléments entraînent le transport actif des acides aminés neutres par B0AT à l’extrémité apicale et le mouvement ultérieur hors de l’entérocyte à l’extrémité basolatérale par LAT1. Il est intéressant de noter qu’à des concentrations de sel plus élevées (200 mM), il n’y avait pas de différence significative dans l’absorption en fonction du temps. À ce stade, nous ne pouvons pas commenter la raison d’une telle observation ; cependant, le même dispositif expérimental peut être élargi pour inclure plusieurs concentrations de sodium avec des points temporels variables et des témoins avec 150 mM de chlorure de choline pour montrer le transport dépendant du sodium et la contribution possible due à la saturation.
En principe, les sacs de jéjunum inversés de chèvre/porc/rat/souris peuvent être utilisés pour démontrer l’absorption intestinale d’une variété de métabolites alimentaires, à condition qu’il existe un test biochimique pour l’estimation. De plus, l’effet d’autres composants qui pourraient potentiellement interférer avec l’absorption intestinale ou les inhibiteurs du transport membranaire peut également être analysé. Les sacs inversés ont été utilisés efficacement comme outil dans la recherche pharmaceutique pour étudier l’absorption in vitro des médicaments, le métabolisme intestinal des médicaments et le rôle du transporteur dans l’absorption des médicaments. Enfin, cette technique est un exemple de démonstration ex vivo du transport membranaire et ne repose pas sur un extrait acellulaire (in vitro) mais sur un échantillon de tissu. Cependant, cet avantage est compensé par la disponibilité d’intestins de chèvre/porc/rat non infectés, qui peut être un facteur limitant.
Parmi les nombreux outils pédagogiques mis à la disposition d’un enseignant pour améliorer le processus d’apprentissage, l’apprentissage par l’expérience ou « apprentissage par la pratique » est une philosophie et une méthodologie d’enseignement qui constituent la méthode d’enseignement la plus progressive et la plus efficace qui offre aux étudiants l’occasion d’acquérir une compréhension holistique des sujets de cours. L’apprentissage par l’expérience garantit l’engagement pratique des étudiants ainsi que de l’instructeur, qui fournit soutien et mentorat pendant ce processus d’apprentissage actif14. Il s’agit d’une excellente alternative à l’enseignement théorique traditionnel en classe, en particulier dans certains concepts lourds et intégratifs comme le transport membranaire que les étudiants ont souvent du mal à imaginer. De tels exercices encourageraient également l’apprentissage interactif et collaboratif de la part des pairs et des mentors. La présente initiative est un pas en avant dans la direction de la création et de la mise en œuvre d’une expérience d’apprentissage qui est non seulement informative, mais aussi mémorable et qui peut être transformatrice pour un élève, ce qui a un impact significatif sur l’expérience d’apprentissage globale.