ניתוח בזמן אמת של תקשורת עצבית בין המעי למוח: קליפת המוח דינמיקה רחבה של סידן בתגובה לגירוי גלוקוז במעיים
29 בדצמבר 2023
תקשורת מעיים-מוח, המתאפשרת על ידי העצב התועה, חיונית לתקשורת בין המערכת האנדוקרינית של מערכת העיכול לבין המוח. עם זאת, אם הזרקת גלוקוז תוך קיבתי יכול לשנות את פעילות קליפת המוח עדיין לא מובן. כאן, אנו מציעים פרוטוקול מקיף לצפייה בשינויים בפעילות קליפת המוח לאחר הזרקת גלוקוז לתריסריון.
היקף המחקר שלנו חושף את התקשורת העצבית בין המעי למוח, במיוחד את תפקידה בהעדפת מזון. ניסויים המעורבים בעצב התועה התייחסו לעתים קרובות כאל צרור יחיד, אך מחקרים אחרונים גילו כי הוא בוחר תכונות וספציפיות איברים. אז אני חושב שלחקור שהסטטיסטיקה שלה, אתם יודעים, תמשוך תשומת לב בעתיד.
שיטה זו של הצמדת קטטר למעי מתאימה בעלות נמוכה, פחות פולשנית וקלה יותר מהשיטה שהוצעה קודם לכן. באופן מסורתי, חיבור קטטר למעיים נעשה על ידי תפירה. כאן צמצמנו את הנזק הניתוחי לעכברים על ידי החלפת תפירה בדבק ציאנואקרילט.
במעבדה שלנו אנו חוקרים את המנגנון שבו סטרס פיזי ופסיכולוגי משפיע על התקשורת העצבית בין המעי למוח בעכברים. כדי להתחיל, השתמש במספריים כדי לחתוך את צינור הסיליקון לאורך מדויק של שבעה סנטימטרים. באמצעות דבק ציאנואקרילט, מקבעים חרוזי פלסטיק זעירים, כשלושה מילימטרים מקצה צינור הסיליקון.
הבלו על קודקוד מחט 23 מד לחתוך 1.5 ס"מ מקצה המחט. הכנס את החלק החתוך של המחט בצד הנגדי של החרוז לתוך צינור הסיליקון. בעזרת צבת, הבלו סנטימטר אחד מקצה המחט.
חבר את מחט ההזרקה של 23 מד שונה למזרק 2.5 מיליליטר. מעטרים צינור סיליקון בקוטר 15 ס"מ מעל מחט ההזרקה בעלת 23 המד. חותכים את מחט ההזרקה 1.5 ס"מ מהקצה ומחברים אותה לצינור הסיליקון.
כדי להתחיל, מניחים את העכבר המרדים שכיבה על שולחן הניתוחים, מיישרים את פיו קרוב למנגנון השאיפה. בעזרת סרט הדבקה מהדקים את חלל הפה, הרגליים הקדמיות והרגליים האחוריות של העכבר אל שולחן הניתוחים. יש למרוח קרם דפילטורי להסרת שיער מהבטן השמאלית העליונה.
בצע חתך עור של 1.5 ס"מ בצד ימין של הבטן וחמישה מילימטרים מתחת לתהליך הקסיפואיד. לאחר מכן יש ליצור חתך של 1.5 ס"מ בדופן הבטן באותו מיקום כמו החתך הראשוני בעור. הזז בעדינות את אונת הכבד השמאלית לרוחב עם מלקחיים קהים כדי לחשוף את הבטן.
עכשיו, להרים את הבטן בעדינות להסיר אותו דרך החתך. בעזרת מספריים יוצרים נקב זעיר באנטרום הפילורי. הכניסו את קצה הצנתר עם חרוז לתוך הנקב.
לאחר אישור החיבור המוצק של הצנתר לקיבה, מקם בזהירות את הבטן למקומה המקורי. תפרו את דופן הבטן, ואפשרו לצנתר לצאת החוצה. לאחר מכן יש לסגור את חתך העור באופן המקביל לסגירת הבטן.
נקה את האזור המופעל עם תמיסת כלורהקסידין גלוקונאט והנח את העכבר בכלוב מחוטא. כדי להתחיל, אבטחו את העכבר המורדם על פלטפורמה סטריאוטקסית באמצעות מוטות אוזניים עזר כדי למתן את ההשפעות של פעימות ונשימה. בעזרת מכונת גילוח חשמלית או קרם להסרת שיער, הסירו בזהירות את השיער מהקרקפת.
יש לחטא את פני הקרקפת בתמיסת גלוקונאט כלורהקסידין 0.1% עד 0.5%. יש למרוח ג'ל הרדמה מקומית על הקרקפת ולהמתין חמש עד 10 דקות. לאחר מכן, באמצעות מספריים, לעשות חתך ישר מן החלק האחורי של הראש אל המצח.
השתמש אטבים כדי למשוך לאחור את עודפי העור החושפים את הגולגולת. הסר את רקמת החיבור של periosteum עם צמר גפן. מיד להחיל את מלט אקריליק על הגולגולת ולחכות חמש דקות עבור מלט להתייבש.
הזז את העכבר מתחת למיקרוסקופ סטריאו פלואורסצנטי. להדמיה, השתמש במסנן פלואורסצנטי כחול רחב פס בשילוב עם מקור אור כספית. לאחר מכן, הסר את מחט הצנתר מקצה הצנתר.
יש לטהר כל שארית של תוכן בצנתר בצד העכבר באמצעות כ-0.03 מיליליטר מלח. לאחר מכן הסר את הצנתר מהעכבר. יש לשאוף את המינון המתאים של תמיסת גלוקוז 10% לתוך המזרק ולחבר אותו לקטטר.
בתוכנת ההדמיה, בדוק את זיהוי המצלמה והגדר את קצב הפריימים ל- 10 הרץ. הגדר את הרזולוציה ל- 512 x 512 פיקסלים ואת העומק ל- 16 סיביות. לחץ על כפתור תהליך ההקלטה וקבל נתונים ספונטניים למשך 50 שניות.
לבסוף, עם עירוי הדרגתי של תמיסת גלוקוז, לרשום את נתוני המצב הפיזיולוגי של העכבר. פעילות עצבית ספונטנית חשפה תנודות סידן אקראיות בכל קליפת המוח. שינויים בעוצמת הפלואורסצנטיות הטמפורלית הראו תנודות סידן בעקבות דפוס דיכוי פרץ.
הזרקת גלוקוז הראתה שינויים משמעותיים בדינמיקה של הסידן בקליפת המוח בתוך ארבע עד שמונה שניות לאחר השלמת מתן הגלוקוז עם הפעלה מיידית בקליפת המוח המוטורית המשנית. עם זאת, לא נצפו שינויים בעקבות ניהול המים. בהשוואה למתן מים, שינויים משמעותיים ביחסי עוצמת הפלואורסצנטיות נצפו באזור קליפת המוח המוטורית המשנית לאחר הזרקת גלוקוז.
רמות ההפעלה באזורים שונים בקליפת המוח לאחר ההזרקה הראו הבדלים משמעותיים רק באזור קליפת המוח המוטורית המשנית.
סקירה כללית
מחקר זה בוחן את התקשורת בין המעי למוח באמצעות עצב הוואגוס (vagus nerve), תוך התמקדות בהשפעות של הזרקת גלוקוז תוך-קיבית על הפעילות הקורטקלית בעכברים. המחקר מדגיש שיטה חדשנית לחיבור קטטר למעי, הממזערת את הטראומה הכירורגית ומקלה על בחינת מנגנוני התקשורת העצבית בין המעי למוח.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדעי
- מדעי המוח
- גסטרואנטרולוגיה
- רפואה ניסויית
רקע
- תקשורת בין המעי למוח חיונית לעיבוד מידע הקשור להעדפות מזון.
- באופן מסורתי, עצב הוואגוס נחשב לישות אחת, אך ממצאים אחרונים מצביעים על כך שהוא מפגין תכונות סלקטיביות.
- הבנת מנגנוני ההשפעה של סטרס על השיגנול בין המעי למוח היא קריטית לחקר נתיב תקשורת זה.
מטרת המחקר
- לבחון את ההשפעות של הזרקות גלוקוז תוך-קיבתיות על הפעילות הקורטיקלית.
- לפתח שיטה פחות פולשנית לחיבור קטטרים למעי.
- לחקור כיצד סטרס פיזי ונפשי יכול להשפיע על התקשורת העצבית בין המעי למוח.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- מודל עכבר ששימש בניסויים, תוך התמקדות בטכניקות כירורגיות להצמדת קטטר.
- שינוי של שיטות כירורגיות מסורתיות על ידי החלפת תפרים בדבק ציאנואקרילט להצמדת הקטטר.
- טכניקות דימוי ששימשו לתצפית על שינויים בדינמיקת הסידן בקורטקס בעקבות מתן גלוקוז.
- שינויים זמניים בעוצמת הפלואורסצנציה נרשמו לאחר ההזרקה לצורך ניתוח הנתונים.
תוצאות עיקריות
- הזרקת גלוקוז לתריסריון הובילה לשינויים משמעותיים בדינמיקת הסידן בקליפת המוח המוטורית המשנית.
- תועדו תנודות סידן ספונטניות, המדגימות דפוסים של דיכוי פרצי (burst suppression).
- תוצאות הדימות הצביעו על היעדר שינויים משמעותיים לאחר מתן מים, דבר המדגיש את ההשפעות הספציפיות של הגלוקוז.
מסקנות
- המחקר מספק תובנות לגבי ויסות מהיר של פעילות קורטיקלית על ידי אותות המגיעים מהמעי.
- לממצאים יש השלכות על הבנת המנגנונים העומדים בבסיס האינטראקציות בין המעי למוח והשפעתם על הפעילות הנוירונלית.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
דימות סידן בזמן אמת של קליפת המוח לאחר גירוי גלוקוז במעי מספק צוהר ישיר לתקשורת עצבית מהירה בין המעי למוח, המהווה נקודת מפנה קריטית להבנת תגובות מוחיות המונעות על ידי רכיבי תזונה. גישה זו מאפשרת הפחתת סיכונים מכניסטית של מסלולי איתות של רכיבי תזונה ותומכת בביטחון חיזוי באישור מטרות עבור פורטפוליו של מחקרים מטבוליים ונוירו-התנהגותיים. יכולתה של השיטה להבחין בהפעלה קורטיקלית ספציפית לרכיבי תזונה מסייעת בקבלת החלטות בשלבי הגילוי המוקדמים ובמסלולי תרגום קליניים.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- מאפשר חקירה של מסלולי איתות עצביים ממקור מעי המשפיעים על פעילות קורטיקלית.
- תומך בתיקוף תפקודי של מטרות על ידי קישור בין חישה של רכיבי תזונה במעי לבין אזורים ספציפיים במוח.
- מקל על הפחתת סיכונים מכניסטית של מסלולים מועמדים להפרעות מטבוליות ונוירופסיכיאטריות.
- מספק ביטחון חיזוי לצורך תיעדוף מטרות בציר המעי-מוח בתיקי גילוי.
סריקה ופיתוח בדיקות (Assay)
- מבסס מערכת in vivo מתוקפת לכימות תגובות קורטיקליות לגירוי של המעי.
- מספק פלטי דימוי סידן כמותיים וניתנים לשחזור לצורך סטנדרטיזציה של הבדיקה.
- מאפשר סריקה של תרכובות או התערבויות המודולות את התקשורת העצבית בין המעי למוח.
- תומך ביכולת הרחבה של הפלטפורמה להערכת גירויים תזונתיים או פרמקולוגיים מגוונים.
מחקר טרנסלציונלי ופרה-קליני
- עולה בקנה אחד עם מודלים רלוונטיים למחלה עבור פנוטיפים מטבוליים והתנהגותיים.
- מספק רצף תרגומי מגילוי מכניסטי לוולידציה פרה-קלינית של התערבויות בציר המעי-מוח.
- מאפשר קידום מותאם-סיכון של מועמדים המטרים מעגלים עצביים המושפעים מאותות ממקור מעי.
- תומך בפיתוח של סמנים ביולוגיים באמצעות קריאות כמותיות של פעילות קורטיקלית.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת עיבוד (Pipeline)
פרוטוקול דימות זה משתלב ברצף שבין הגילוי לשלב הפרה-קליני, ומגשר בין מחקרים מכניסטיים מוקדמים למחקר תרגומי על איתות בין המעי למוח.
- ביולוגיה של הגילוי: מקלה על בדיקת השערות בנוגע להפעלה עצבית המושרית על ידי חומרי הזנה וספציפיות של מסלולים.
- סריקה: מספקת דינמיקה כמותית וניתנת לשחזור של סידן לצורך השוואת השפעות של התערבויות.
- אנליטיקה: מייצרת נתוני עוצמת פלואורסצנציה ופעילות זמנית לצורך ניתוח סטטיסטי חסון.
- מחקר תרגומי: מקשרת דפוסי הפעלה קורטיקליים לתוצאות רלוונטיות למחלה במודלים מטבוליים והתנהגותיים.
- שימוש חוזר ארגוני: מציעה פלטפורמת דימות in vivo ניתנת לשימוש חוזר למגוון חקירות של ציר המעי-מוח.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי ומפחית עמימות מכניסטית במחקר של ציר המעי-מוח.
- ערך תפעולי: מבצע סטנדרטיזציה של דימוי in vivo וקתטרזציה לצורך מחקרים הניתנים לשחזור וברי-הרחבה.
- ערך אסטרטגי: מספק בסיס לקבלת החלטות לגבי המשך או הפסקה (go/no-go) של מטרות והתערבויות בציר המעי-מוח.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תיעדוף מותאם סיכון של מועמדים המווסתים מעגלים עצביים המונעים על ידי רכיבי תזונה.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בדימות in vivo ובקטטריזציה כירורגית במודלים של מכרסמים.
- מחייב גישה למיקרוסקופיה פלואורסצנטית ולתוכנה לדימות כמותי.
- מצריך סטנדרטיזציה בין-צוותית של פרוטוקולי ניתוח ודימות לצורך הדירות (reproducibility).
- ניתן להתאמה לגירויים תזונתיים או פרמקולוגיים שונים באמצעות שינויים בפרוטוקול.
- טיפול זהיר הוא חיוני כדי למזער טראומה כירורגית ולשמור על רלוונטיות פיזיולוגית.
שאלות נפוצות בתחום הביופארמה
Chapters in this video
0:00
Introduction
1:13
Assembling a Customized Catheter and Injector System for Intragastric Glucose Injection in Mice
2:23
Gastric Localization and Catheter Insertion in the Pyloric Antrum of Mice
4:13
In Vivo Transcranial Calcium Imaging in Mice with Intraduodenal Glucose Administration
