למטבוליטים מיקרוביאליים שמקורם במעיים יש השפעות רבות פנים המובילות להתנהגות מורכבת אצל בעלי חיים. אנו שואפים לספק שיטה שלב אחר שלב כדי להגדיר את ההשפעות של מטבוליטים מיקרוביאליים שמקורם במעיים במוח באמצעות העברה תוך-חדרית באמצעות צינורית מנחה.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
למטבוליטים מיקרוביאליים שמקורם במעיים יש השפעות רבות פנים המובילות להתנהגות מורכבת אצל בעלי חיים. אנו שואפים לספק שיטה שלב אחר שלב כדי להגדיר את ההשפעות של מטבוליטים מיקרוביאליים שמקורם במעיים במוח באמצעות העברה תוך-חדרית באמצעות צינורית מנחה.
ההשפעה של מיקרוביוטה של המעיים והמטבוליטים שלהם על הפיזיולוגיה וההתנהגות של המארחים נחקרה בהרחבה בעשור זה. מחקרים רבים גילו כי מטבוליטים שמקורם במיקרוביוטה של המעיים מווסתים תפקודים פיזיולוגיים בתיווך המוח באמצעות מסלולים מורכבים בין המעי למוח אצל הפונדקאי. חומצות שומן קצרות שרשרת (SCFAs) הן המטבוליטים העיקריים שמקורם בחיידקים המיוצרים במהלך תסיסת סיבים תזונתיים על-ידי המיקרוביום של המעי. SCFAs מופרשים מהמעיים יכולים לפעול באתרים רבים בפריפריה, ולהשפיע על התגובה החיסונית, האנדוקרינית והעצבית עקב התפוצה העצומה של קולטני SCFAs. לכן, מאתגר להבדיל בין ההשפעות המרכזיות וההיקפיות של SCFAs באמצעות מתן פומי ותוך-צפקי של SCFAs. מאמר זה מציג שיטה מבוססת וידאו לחקור את התפקיד התפקודי של SCFAs במוח באמצעות צינורית מנחה בעכברים הנעים בחופשיות. ניתן להתאים את כמות וסוג ה-SCFAs במוח על ידי שליטה בנפח ובקצב העירוי. שיטה זו יכולה לספק למדענים דרך להעריך את תפקידם של מטבוליטים שמקורם במעיים במוח.
מערכת העיכול האנושית מכילה מיקרואורגניזמים מגוונים המשפיעים על המארח 1,2,3. חיידקי המעיים האלה יכולים להפריש מטבוליטים שמקורם במעיים במהלך השימוש שלהם ברכיבים תזונתיים הנצרכים על-ידי המארח 4,5. באופן מעניין, מטבוליטים של המעיים שאינם מטבוליסטים בפריפריה יכולים להיות מועברים לאיברים אחרים דרך מחזור6. שימו לב שהמטבוליטים המופרשים האלה יכולים לשמש כמתווכים לציר המעי-מוח, המוגדר כתקשורת דו-כיוונית בין מערכת העצבים המרכזית למעי7. מחקרים קודמים הראו כי מטבוליטים שמקורם במעיים יכולים לווסת התנהגות ורגש מורכבים אצל בעלי חיים 8,9,10,11.
חומצות שומן קצרות שרשרת (SCFAs) הן המטבוליטים העיקריים המיוצרים על-ידי מיקרוביוטה של המעיים במהלך תסיסה של סיבים תזונתיים ופחמימות בלתי ניתנות לעיכול6. אצטט, פרופיונאט ובוטיראט הם ה-SCFAs הנפוצים ביותר במעיים12. SCFAs משמשים כמקור אנרגיה לתאים במערכת העיכול. SCFAs לא מטבוליים במעיים יכולים להיות מועברים למוח דרך וריד הפורטל, ובכך לווסת את המוח ואת ההתנהגות 6,12. מחקרים קודמים הציעו כי SCFAs עשויים למלא תפקיד קריטי בהפרעות נוירופסיכיאטריות 6,12. לדוגמה, הזרקה תוך-צפקית של בוטיראט בעכברי BTBR T+ Itpr3tf/J (BTBR), מודל חייתי של הפרעת ספקטרום האוטיזם (ASD), הצילה את הגירעונות החברתיים שלהם13. חולדות שטופלו באנטיביוטיקה וקיבלו מיקרוביוטה מנבדקים דיכאוניים הראו עלייה בהתנהגויות דמויות חרדה וב-SCFAs צואתיים14. מבחינה קלינית, שינויים ברמות SCFAs בצואה נצפו אצל אנשים עם ASD בהשוואה לקבוצת הביקורתהמתפתחת בדרך כלל 15,16. לאנשים עם דיכאון יש רמות נמוכות יותר של SCFAs בצואה מאשרלנבדקים בריאים 17,18. מחקרים אלה הציעו כי SCFAs יכולים לשנות התנהגות אצל בעלי חיים ובני אדם באמצעות מסלולים שונים.
מטבוליטים מיקרוביאליים מפעילים השפעות מגוונות על אתרים רבים בגוף, ומשפיעים על הפיזיולוגיה וההתנהגויות של המארח 4,19, כולל מערכת העיכול, עצב הוואגוס והעצב הסימפתטי. קשה להצביע על התפקיד המדויק של מטבוליטים שמקורם במעיים במוח בעת מתן המטבוליטים דרך נתיבים היקפיים. המאמר הזה מציג פרוטוקול מבוסס וידאו כדי לחקור את ההשפעות של מטבוליטים שמקורם במעיים במוחו של עכבר שנע בחופשיות (איור 1). הראינו כי ניתן לתת SCFAs באופן חריף דרך צינורית המדריך במהלך מבחנים התנהגותיים. ניתן לשנות את הסוג, הנפח וקצב העירוי של מטבוליטים בהתאם למטרה. ניתן לכוונן את אתר הקנוליזציה כדי לחקור את ההשפעה של מטבוליטים במעיים באזור מסוים במוח. אנו שואפים לספק למדענים שיטה לחקור את ההשפעה הפוטנציאלית של מטבוליטים מיקרוביאליים שמקורם במעיים על המוח ועל ההתנהגות.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כל פרוטוקולי הניסוי והטיפול בבעלי החיים אושרו על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים של אוניברסיטת צ'נג קונג (NCKU) (IACUC).
1. הכנה לחיה הניסיונית
2. ניתוח סטריאוטקסי
3. השתלת צינורית מדריך מותאם אישית מסחרית
4. הכנת SCFAs
5. הגדר את מערכת העירוי להעברה תוך-חדרית של SCFAs במהלך בדיקות התנהגותיות
6. הגדרות המערכת של בקר המיקרו-הזרקה
7. עירוי של SCFAs לחדר לרוחב דרך צינורית המדריך המסחרי בעכבר הנע בחופשיות
8. שחזור מערכת המיקרו הזרקות
9. אופציונלי: אימות של הזרקה תוך-מוחית על-ידי עוקב עצבי
10. אופציונלי: עירוי של מטבוליטים באמצעות צינורית הנחיה מותאמת אישית מנירוסטה בחדר הצדדי בעכברים
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
העכבר הוחדר ל-SCFAs שבוע לאחר ההחלמה מהשתלת צינורית המדריך כדי להעריך את פעילות התנועה בכלוב חדש. העכבר הוכנס לכלוב חדשני והוחדר עם 2,100 nL של SCFAs או ACSF ב-5 הדקות הראשונות (קצב אספקה של 7 nL/s) לתוך המוח דרך צינורית המדריך המסחרית שהושתלה בחדר הצדדי של המוח. פעילות התנועה בכלוב חדש נרשמה במשך 30 דקות נוספות לאחר העירוי. לא נצפה הבדל בפעילות התנועתית בכלוב החדש בין עירוי של SCFAs ו-ACSF (איור 6) (n = 2 עכברים לכל קבוצה; הנתונים מוצגים כממוצע ± s.e.m. ומנותחים על ידי ANOVA דו-כיווני).
...הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
מטבוליטים שמקורם במעיים נקשרו למחלות המתווכות על ידי המוח ללא מנגנון מדויק רב, בין היתר בשל אתרי הקשירה המרובים שלהם בגוף 6,12,24. דיווחים קודמים הצביעו על כך ש-SCFAs יכולים לשמש כליגנדים לקולטנים מצומדים לחלבון G, לווסתים אפיגנטיים ולמקורות לייצור אנרגיה במספר אתרים בגוף 6,12. כדי לעקוף את הגורמים המבלבלים שמקורם בפריפריה (כגון תאי מערכת החיסון, הורמונים ומערכת העצבים ה...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין ניגודי עניינים הקשורים לעבודה זו.
אנו מודים לצוות מרכז חיות המעבדה באוניברסיטת נשיונל צ'נג קונג (NCKU) על הטיפול בבעלי החיים. עבודה זו נתמכה על ידי מלגה מקרן החינוך של פרופ' קון-ין הואנג מקרן צ'נג-סינג לרפואה ל- C.-W.L.; הכספים ממשרד המדע והטכנולוגיה (MOST) בטייוואן: (מחקר לתואר ראשון MOST 109-2813-C-006-095-B) ל- T.-H.Y.; (רוב 107-2320-B-006-072-MY3; 109-2314-B-006-046; 110-2314-B-006-114; 110-2320-B-006-018-MY3) ל W.-L.W.; ופרויקט נבטי ההשכלה הגבוהה, משרד החינוך למטה קידום האוניברסיטה ב- NCKU ל- W.-L.W.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| <חזק>חומר | |||
| אדוויל ליקווי-ג'ל מסיס איבופרופן A2:D41 | פייזר | n/a | |
| Alexa Fluor 488 חמור נגד ארנב | ThermoFisher Scientific | A-21206 | |
| אנטי פלואורסצנטי זהב (פוליקלונל ארנב) | Millipore | AB153-I | |
| מסנן ואקום עליון לבקבוק, 500 מ"ל, 0.22 μ m, PES, NEST סטרילי | 121921LA01 | ||
| CaCl2 | Sigma-Aldrich | C1016 | ACSF: 0.14 גרם/ליטר |
| פילינג כלורהקסידין 2% | Phoenix | NDC 57319-611-09 | |
| תמיסת כלורהקסידין | Phoenix | NDC 57319-599-09 | |
| דמה מסחרית | RWD Life Science | 62004 | Single_OD 0.20 מ"מ / M3.5 / G = 0.5 מ"מ |
| מדריך מסחרי קנול | RWD מדעי החיים | 62104 | Single_OD 0.41 מ"מ-27 גרם / M3.5 / C = 2.5 מ"מ |
| מזרק מסחרי | RWD Life Science | 62204 | Single_OD 0.21 מ"מ-33G/ חברים עם M3.5/C = 3.5 מ"מ/G = 0.5 מ"מ |
| D-(+)-גלוקוז | סיגמא-אולדריץ' | G8270 | ACSF: 0.61 גרם/ליטר |
| אקריליק דנטלי | היגן | n/a | |
| ברגי קיבוע | RWD Life Science | 62521 | |
| מדיום הרכבה פלואורושילד עם DAPI | Abcam | AB104139 | |
| סרום סוסים | ThermoFisher Scientific | 16050130 | |
| מזרקי אינסולין | BBraun | XG-LBB-9151133S-1BX | 1 מ"ל |
| איזופלורן | פאניון & BF ביוטק | DG-4900-250D | |
| KCl | Sigma-Aldrich | P3911 | ACSF: 0.19 גרם/ליטר |
| קטופרופן | סוויס פרמצבטיקה | n/a | |
| לידוקאין | AstraZeneca | n/a | |
| נקודת התכה נמוכה agarose | Invitrogen | 16520 | |
| MgCl2 | Sigma-Aldrich | M8266 | ACSF: 0.19 גרם/ליטר |
| כיסוי מיקרוסקופ | MARIENFELD | 101242 | |
| שקופיות מיקרוסקופ | ThermoFisher Scientific | 4951PLUS-001E | |
| שמן מינרלי אור, לבן NF | Macron Fine Chemicals | MA-6358-04 | |
| NaCl | סיגמא-אולדריץ' | S9888 | ACSF: 7.46 גרם/ליטר |
| NaH<תת>2PO4 | סיגמא-אולדריץ' | S8282 | ACSF: 0.18 גרם/ליטר |
| NaHCO<תת>3 | Sigma-Aldrich | S5761 | ACSF: 1.76 גרם/ליטר |
| דבק n-butyl cyanoacrylate (דבק רקמות) | 3M | 1469SB | 3M Vetbond |
| Neural tracer | Santa Cruz | SC-358883 | FluoroGold |
| Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | P6148 | |
| צינור פוליאתילן | RWD מדעי החיים | 62329 | OD 1.50, תעודת זהות 0.50 מ"מ ו-OD 1.09, תעודת זהות 0.38 מ"מ |
| Puralube משחה וטרינרית (עין) | Dechra | ||
| נתרן אצטט | Sigma-Aldrich | S2889 | SCFAs: 13.5 מ"מ |
| נתרן אזיד | סיגמא-אולדריץ' | S2002 | |
| נתרן בוטיראט | Sigma-Aldrich | B5887 | SCFAs: 8 מ"מ |
| נתרן פרופיונט | Sigma-Aldrich | P1880 | SCFAs: 5.18 מ"מ |
| צינורית מדריך אל חלד | Chun Ta נירוסטה ארגונית ושות', בע"מ. | n/a | OD 0.63 מ"מ; ספק מקומי |
| מזרק אל חלד | Chun Ta מפעל נירוסטה ושות', בע"מ | n/a | OD 0.3 מ"מ; דמה עשויה ממזרק; הספק המקומי |
| Superglue | Krazy Glue | KG94548R | |
| Triton X-100 | Merck | 1.08603.1000< | |
| חזק>ציוד | |||
| מחזיק צינורית | RWD Life Science | B485-68217 | |
| מצלמת תקרה | FOSCAM | R2 | |
| מכשירים סטריאוטקסיים דיגיטליים | Stoelting | 51730D | |
| מיקרוסקופ ניתוח | INNOVIEW | SEM-HT/TW | |
| מעקר חרוזי זכוכית | RWD מדעי החיים | RS1501 | |
| כרית חימום | Stoelting | 53800M | |
| מיקרוסקופ לייקה | Leica | DM2500 | |
| מיקרו מלקחיים מנתחים | ROBOZ | RS-5136 | משונן, עקומה קלה; עדין במיוחד; רוחב קצה 0.5 מ"מ; אורך 4 אינץ' |
| מספריים מיקרו חיתוך | ROBOZ | RS-5918 | 4.5 אינץ' |
| בקר מיקרו-הזרקה | מכשירי דיוק עולמיים (WPI) | MICRO2T | SMARTouch |
| בקר משאבת מזרק מיקרו-הזרקה | מכשירי דיוק עולמיים (WPI) | UMP3T-1 | UltraMicroPump3 |
| מזרק מיקרוליטר | המילטון | 80014 | 10 ומיקרו; L |
| סיבים אופטיים אור קר עם סיבים כפולים | צעד | LGY-150 | ספק מקומי |
| גוזם חיות מחמד | WAHL | 09962-2018 | |
| וופורייזר עבור Isoflurane | Step | AS-01 | ספק מקומי |
| Vibratome | Leica | VT1000S | |
| תוכנה | |||
| בעלי חיים התנהגות וידאו תוכנת מעקב | Noldus | EthoVision | גרסה: 15.0.1416 |
| Leica Application Suite X תוכנה | Leica | LASX | גרסה: 3.7.2.22383 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.