אנו מציגים שיטה לבידוד צינורות מעיים של חולדות ולהערכת ההשפעה של תרופות על המתח, התדירות והמשרעת שלהן במבחנה. שיטה זו מציעה גישה רבת ערך לחוקרים החוקרים את צינורות המעי.
Method Article
אנו מציגים שיטה לבידוד צינורות מעיים של חולדות ולהערכת ההשפעה של תרופות על המתח, התדירות והמשרעת שלהן במבחנה. שיטה זו מציעה גישה רבת ערך לחוקרים החוקרים את צינורות המעי.
מחלות במערכת העיכול, ששכיחותן גבוהה, מציבות אתגרים לא מבוטלים בפני בני אדם. המעי הדק הוא חלק בלתי נפרד מעיכול המזון והתרופות וספיגתו וממלא תפקיד מכריע בטיפול במחלות אלו. ניסוי תנועת צינור המעי, שיטה נפוצה וחיונית במבחנה , משמש לחקר הדינמיקה של מערכת העיכול. זה כולל את הכנת צינור המעי המבודד, כמו גם את ההשעיה של צינור המעי מוכן באמבטיה ואת החיבור שלה לגלאי אותות. זה ואחריו הקלטה וניתוח של סדרה של פרמטרים, כגון מתח, אשר ניתן להשתמש בהם כדי להעריך את תפקוד מוטורי המעי, כמו גם שיקולים לשמירה על צינור המעי פעיל במבחנה. התוכנית המתוקננת מהדגימה לאיסוף הנתונים משפרת מאוד את יכולת החזרה של נתוני הניסוי ומבטיחה את האותנטיות של רישום מתח המעי לאחר התערבות פיזיולוגית, פתולוגית ותרופתית. כאן אנו מציגים את הבעיות העיקריות בפעולה ניסיונית ופרוטוקול ניסויי ייחוס רב ערך לחקר תרופות המווסתות את תנועתיות מערכת העיכול.
מחלות במערכת העיכול, מצב שכיח, משפיעות קשות על חיי אדם ובריאותו1. הפרעת תנועתיות במערכת העיכול היא חלק חשוב ממחלות תפקודיות במערכת העיכול, המתבטאת בעיקר בתסמינים מתישים, עיכוב בריקון קיבה ובעיות קיבה קשות2. זה יכול לשבש את תיאום מערכת העיכול, לעכב ריקון קיבה, להשפיע על אי סבילות למזון במעי, ואפילו לגרום לחסימה תפקודית במעי הדק או הגס3. עבור חולים שעוברים ניתוח במערכת העיכול, הפרעה זו יכולה להוביל ישירות לכשל מעיים. יתר על כן, הפרעת מעיים אינה קשורה רק למחלות במערכת העיכול אלא גם לגורמים פתוגניים של מחלות שונות אחרות, כגון הפטיטיס ומחלות מערכת העצבים המרכזית. קהילות חיידקי מעיים ממלאות תפקיד רגולטורי מכריע בפיזיולוגיה של המעי, כולל תנועתיות, אשר לאחר מכן משפיעה על התיישבות במערכת האקולוגית המיקרוביאלית4. ככל שזיהום בנגיף הפטיטיס B מתקדם להפטיטיס B כרונית, ישנן דרגות שונות של שינויים בפלורת המעיים. אפנון פלורת המעי הוכיח יתרונות בטיפול בנגיף הפטיטיס B5. בנוסף, מערכת העצבים המרכזית יכולה להשפיע על המעי ולשנות את הרכב החיידקים שלו. ההתקדמות האחרונה בטכנולוגיית ריצוף המיקרופלורה חשפה אינטראקציות דו-כיווניות בין מיקרופלורת המעי לבין תפקוד מערכת העצבים המרכזית, הקשורות קשר הדוק עם התרחשות והתקדמות של מחלות מערכת העצבים המרכזית 6,7.
עם הזדקנות החברה, שכיחות הפרעת תנועתיות מערכת העיכול מסלימה, קשורה לירידה או אובדן של תפקוד עצבי במערכת העצבים האנטרית ואת עצבוב פנימי של המעי8. ככל שההבנה שלנו של מחלות במערכת העיכול מתרחבת, רעיונות וגישות חדשים רבים מופיעים, מה שעשוי להוביל לפיתוחים חדשים של תרופות. עם זאת, רבים מהרעיונות הללו עדיין היפותטיים או ממתינים לתוצאות חיוביות של ניסויים קליניים כדי להתממש 9,10. שיטות מחקר יעילות חיוניות להתגברות על מחלות במערכת העיכול. בשנים האחרונות התמקד מחקר נרחב בתרופות במערכת העיכול ובוויסות תנועתיות. תרופות במערכת העיכול ודינמיקה של מערכת העיכול הן בלתי נפרדות, ולתרופות סיסטמיות רבות אחרות יש השפעות שונות על הדינמיקה של מערכת העיכול. לדוגמה, תרופות נוגדות דלקת לא סטרואידיות (NSAIDs) משמשות לכאב ודלקת ולתנועה איטית של מערכת העיכול, מה שמגביר את הסיכון לכיב פפטי11. מצד שני, תרופות נוגדות דיכאון מסוימות עשויות להשפיע על תנועתיות מערכת העיכול12. כיום, הניסוי הפרמקולוגי העיקרי במבחנה החוקר את ההשפעות של תרופות במערכת העיכול ותרופות סיסטמיות אחרות על תנועתיות מערכת העיכול הוא בדיקת תנועת המעי במבחנה 13. על ידי סימולציה של מצבים פיזיולוגיים, הם צופים בהשפעה ישירה של תרופות על התכווצות שרירים חלקים במעיים והרפיה, ומעריכים את ההשפעות שלהם במערכת העיכול. עם זאת, הגורם המדויק להפרעות תנועתיות במערכת העיכול עדיין אינו ברור, ככל הנראה יחסי גומלין מורכבים של גורמים גנטיים, סביבתיים, תזונתיים ונוירואנדוקריניים. כתוצאה מכך, הטיפול בהפרעות תנועתיות במערכת העיכול ממשיך להוות אתגרים משמעותיים.
המעי הדק, בהיותו אתר חיוני לעיכול, ספיגה ומטבוליזם של תרופות, הוא בעל משמעות בתפקוד מערכת העיכול. כתוצאה מכך, בדיקת תנועת צינור המעי המבודד היא כלי חיוני לחקר מחלות במערכת העיכול. זה כרוך בהכנה והנחת צינור המעי המבודד של בעל החיים באמבטיה, חיבורו למחליף אנרגיה, שימוש במתמר להמרת תנועות מכניות לאותות חשמליים להגברה, והקלטה על ידי מקליט פיזיולוגי. ניתן למדוד פרמטרים שונים כגון תדירות, משרעת ממוצעת של רטט, מתח ושטח מתחת לעקומה כדי להעריך את התפקוד המוטורי של צינור המעי. שיטה זו מציעה יתרונות כגון פשטות, כדאיות כלכלית, שליטה קלה בתנאי הניסוי, גורמים משפיעים מינימליים, יכולת שחזור גבוהה ותוצאות מדויקות ואמינות. יתר על כן, זה שימושי במיוחד לחקר מנגנון הפעולה של סמים. עם זאת, ישנם אתגרים בולטים בהפעלת ניסוי צינור המעי המבודד, למשל, פעילות המעי קשה לשמור על זמן רב. כדי להתמודד עם בעיות אלה ולשאוב מניסיון בניסויים במבחנה , מאמר זה יספק מבוא מפורט לבעיות המפתח בתפעול הניסוי ויציג פרוטוקול ניסויי ייחוס רב ערך לחקר תרופות המווסתות את תנועתיות מערכת העיכול.
פרוטוקול זה נגזר מספרות 14,15,16,17 שפורסמה בעבר. חולדות זכרים מסוג Sprague Dawley (SD) (260-300 גרם, בני 8-10 שבועות) שימשו במחקר הנוכחי. פרוטוקול בעלי החיים נבדק ואושר על ידי ועדת הניהול מאוניברסיטת צ'נגדו לרפואה סינית מסורתית (רשומה מס' 2023017). לפני הניסוי הונחו החולדות לצום במשך 24 שעות. במהלך הניסוי, החולדות הוחזקו בחדר בעלי חיים והייתה להן גישה חופשית למזון ומים.
1. הכנת פתרון
2. דיסקציה של תעלת המעי של חולדה
3. השעיה וקיבוע של תעלת המעי (איור 2)
4. נורמליזציה
5. זיהוי תגובתיות
6. תצפית ניסויית
7. ניתוח נתונים
הערה: למערכת זילוח רקמות חוץ גופית יש ארבעה ערוצים שיכולים לבצע בו זמנית בדיקות על ההשפעות של ארבע תרופות זהות או שונות על ארבעה צינורות מעי. מכיוון שהפרמטרים הניסיוניים ושיטות הניתוח זהים לכל הערוצים, נבחר ערוץ אחד כדוגמה לניתוח נתונים.
8. טיפול לאחר הניתוח
חלקו הראשון של המחקר מתמקד בתהליך הפרדת צינורות המעי המבודדים מהגוף והפיכתם לצינורות בקוטר 2 ס"מ במבחנה. התהליך הזה מומחש בפירוט באיור 1. החלק השני כולל את ההשעיה ואת סטנדרטיזציה של טבעת צינור המעי המבודד. ההצלחה של התהליך הזה מודגמת באיור 2, שמראה את ההתכווצות הריתמית האוטומטית של צינור נורמלי. לבסוף, המחקר בוחן את ההשפעות של סוכני התכווצות מייצגים ומרפים על טבעת צינור המעי המבודדת. נמצא כי אצטילכולין (0.3 μmol/L) ובריום כלוריד (1.2 mmol / L) הגבירו את המתח בצינורות אלה, בעוד אטרופין (300 μmol / L), אפינפרין (1 μmol / L) ו nifedipine (10 μmol / L) עיכבו את המתח שלהם, כפי שמודגם באיור 3.
שיטה זו מציגה בעיקר את קביעת הפונקציה המוטורית של צינור המעי המבודד. תנועות מעיים מושפעות ממספר גורמים, ורוב ההשפעות מופעלות באמצעות קולטנים במעי. במערכת העיכול ישנם קולטנים שונים, כולל קולטני M כולינרגיים, קולטני α ו-β אדרנרגיים, קולטני 5-HT, קולטני היסטמין וקולטני הורמונים במערכת העיכול19. העווית במעי המבודד יכולה להיגרם על ידי פעולה של אצטילכולין על קולטני M. ההשפעה הזו יכולה להיחסם על-ידי אטרופין, שפועל כגורם חוסם עבור קולטני M (איור 3A). אולם העווית בשריר החלק של מקטע המעי, אשר נגרמת על-ידי כניסת יוני בריום לבריום כלורי וקשירתם עם קלמודולין, אינה יכולה להיחסם על-ידי אטרופין (איור 3B). אפינפרין מתפקד כאגוניסט הן עבור קולטני α והן עבור קולטני β (איור 3C). זה מעורר את קולטן α ואת קולטןβ 2 של המעי הדק, וכתוצאה מכך הרפיה של השריר החלק התכווצות מוחלשת של המעי הדק. כתוצאה מכך, פריסטלטיקה הוא האט ואת קצב הקליטה מצטמצם. לעומת זאת, ניפדיפין מונע את הזרימה הפנימית של Ca2+ ומקדם הרפיה במעיים (איור 3D). זה עוזר להקל על התכווצות מעיים, הפחתת לחץ מעיים, להקל על ספיגת מים במעי.

איור 1: בידוד של צינורות מעיים. (A) צינורות מעיים בחולדות; (ב) צינורות מעיים הוצאו מהגוף והונחו בצלוחית פטרי המכילה תמיסת מלח פיזיולוגית בטמפרטורה של 4°; (ג) צינור המעי לאחר הסרת הרקמה שמסביב; (D) צינור מעי באורך 2 ס"מ ששימש בניסוי. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: תהליך ההשעיה והסטנדרטיזציה של טבעות צינור מעי מבודדות. (A) מערכת זילוח רקמות חוץ גופית (ראה טבלת חומרים); (ב) קיבוע שני קצות צינור המעי באמצעות וו ברזל וקו כירורגי בצלוחית פטרי המכילה תמיסת מלח פיזיולוגית בטמפרטורה של 4°; (ג) קיבוע צינור המעי באחת האמבטיות המכילות תמיסת מלח פיזיולוגית בטמפרטורה 37°; (D) מתן טעינה מראש והקלטה של צורת גל רגילה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 3: השפעות של תרופות על צינורות מעי מבודדים. השפעות של (A) אצטילכולין (0.3 μmol/L) ואטרופין (300 μmol/L), (B) בריום כלורי (1.2 mmol / L), (C) אפינפרין (1 μmol / L), ו (D) nifedipine (10 μmol / L) על צינורות מעיים מבודדים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
תנועתיות מערכת העיכול מושגת על ידי סדרה של התכווצויות שרירים חלקים מתואמים במדויק והרפיה. תהליך זה כולל כיווץ ריתמי של קבוצה אחת של קבוצות שרירים, כיווץ מתואם של מספר קבוצות, וכיווץ הנעה מיוחד20,21. התרחשות של הפרעות תנועתיות במערכת העיכול עשויה להיות קשורה לתפקוד לקוי ברמות שונות, כגון מערכת העצבים המרכזית, מערכת העצבים האוטונומית, מערכת העצבים האנטרית והשריר החלק במערכת העיכול. מבני רקמה אלה מתפקדים יחד באמצעות שחרור של נוירוטרנסמיטורים שונים וגורמים הומורליים, הנקשרים לקולטנים המתאימים לביצוע פונקציות פיזיולוגיות שונות22. לכן, חקר המנגנון המקומי של פעולת התרופה הוא חיוני, וביצוע ניסויים במעי דק במבחנה יכול לספק תובנות מדויקות יותר על ידי שלילת הפרעות מחומרים זרים וויסות מערכת העצבים המרכזית.
דגימות צינור מעי מבודדות של אילאום שרקן, ג'ג'ונום ארנב ותריסריון משמשות בדרך כלל בחיות ניסוי. בנוסף, ניתן להשתמש באילאום, בתריסריון ובג'ג'ונום של חולדות וחתולים גם לניסויים במבחנה . שיטה זו מתאימה לרקמות מבודדות. לשריר החלק במעי יש מאפיינים של התכווצות קצבית אוטומטית והוא מושפע מקלעת העצבים בדופן המעי. צינורות המעי המבודדים של בעלי חיים רבים יכולים לשמור על תפקודם המוטורי הספונטני בסביבת הישרדות מתאימה. ניסוי צינור מעיים במבחנה יש את היתרונות של פעולה פשוטה, שליטה קלה של תנאי הניסוי, גורמים משפיעים מעטים, שחזור טוב, תוצאות מדויקות ואמינות, והוא תורם יותר לדיון על מנגנון הפעולה של התרופה. בנוסף, שיטה זו נחשבת חסכונית וישימה.
לניסוי צינור המעי במבחנה יש גם מגבלות, כגון שימוש בתכשירים לא מטוהרים של רפואה סינית גולמית המכילים זיהומים, יונים אנאורגניים, ספונינים וטאנינים, שיכולים להשפיע על אמינות הניסוי. לכן, יש צורך להעריך באופן מלא את ההשפעה של זיהומים וגורמים פיסיקוכימיים על תוצאות הניסוי, כולל ה- pH של הנוזל וחלקיקים אלקטרוליטיים וזיהומים שונים. יתר על כן, שיפור היציבות של המכשיר הניסיוני במבחנה וטכניקת השימור של צינור המעי במבחנה הוא הכרחי. בעת תכנון ניסויים במבחנה, חיוני לשקול אם התרופות או התכשירים המשמשים עומדים בדרישות של ניסויים אלה (למשל, רמות של זיהומים).
בשיטה זו, ישנם מספר אמצעי זהירות שיש להקפיד עליהם. ראשית, יש להסיר את צינור המעי מחלל הבטן של החולדה ולהשרות אותו ב-PSS קר לפני הניסוי. יתר על כן, חשוב לחתוך את הצינור כולו לחתיכות מרובות ולאחסן אותם במקרר, למזער כל גירוי למעיים. במהלך תהליך המינון, חשוב לוודא כי צינור המינון אינו בא במגע עם הקו שבו צינור המעי מושעה. בנוסף, כמות התרופה שנוספה לאמבטיה צריכה להיות מדויקת, ואין להוסיף את התרופה לדופן האמבטיה או ישירות לצינור המעי כדי למנוע השפעה על התוצאות. בעת שטיפת צינור המעי, יש להשתמש בגישה עדינה, ויש להימנע משטיפה בלחץ גבוה כדי למנוע התכווצות רקמות. מומלץ לטפל בצינור המעי בפינצטה ולהימנע מחשיפתו לאוויר לפרקי זמן ממושכים כדי למנוע אובדן פעילות.
מאמר זה מציג הדגמה של מתודולוגיית הניסוי לניסויים בצינור מעי מבודד, תוך שימוש בהשפעות של תרופות מסורתיות שונות הפועלות על קולטני מעיים כדי להמחיש את השפעתן על תנועת צינור המעי, המספקת גישה יעילה לחקר מנגנון הפעולה של תרופות המווסתות את תנועתיות מערכת העיכול במערכת העיכול.
למחברים אין ניגודי עניינים לחשוף.
עבודה זו נתמכה על ידי תוכנית הכישרונות המיוחדת של אוניברסיטת צ'נגדו לרפואה סינית מסורתית עבור "Xinglin Scholars and Discipline Talents Research Promotion Plan" (33002324).
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| אצטילכולין | סיגמא, ארה"ב | A6625 | |
| אטרופין | סנגון ביוטק ושות', בע"מ, שנחאי, סין | IA06501 | |
| בריום כלוריד | מקלין ביוכימיה ושות', בע"מ, שנחאי, סין | B861682 | |
| CaCl2< / sub> | Sangon Biotech Co., Ltd., שנחאי, סין | A501330 | |
| D-גלוקוז | Sangon Biotech Co., Ltd., שנחאי, סין | A610219 | |
| תוכנת ציור | GraphPad Software, סן דייגו, קליפורניה, ארה"ב | — | |
| אפינפרין | סיגמה, ארה"ב | E4642 | |
| HEPES | Xiya Reagent Co., Ltd., שאנדונג, סין | S3872 | |
| מערכת זלוף רקמות במבחנה | PowerLab, ADInstruments, אוסטרליה | ML0146 | |
| KCl | Sangon Biotech Co., Ltd., שנחאי, סין | A100395 | |
| KH2PO4 | Sangon Biotech Co., Ltd., שנחאי, סין | A100781 | |
| LabChart גרסה מקצועית 8.3 | ADInstruments, אוסטרליה | — | |
| MgCl2· 6H2O | Sangon Biotech Co., Ltd., שנחאי, סין | A100288 | |
| NaCl | Sangon Biotech Co., Ltd., שנחאי, סין | A100241 | |
| NaHCO3 | Sangon Biotech Co., Ltd., שנחאי, סין | A100865 | |
| nifedipine | Macklin Biochemical Co., Ltd., שנחאי, סין | N5087 | |
| ניתוח סטטיסטי תוכנה | GraphPad Software, סן דייגו, קליפורניה, ארה"ב | — | |
| תפרים כירורגיים | ג'ונסון, ארה"ב | — |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission