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La permeabilità intestinale è considerata come una delle principali barriere legate al microbiota intestinale e all'immunità mucosale ed è probabile che sia influenzata da diversi fattori, come le modifiche del microbiota intestinale, la compromissione epiteliale o le alterazioni dello strato di muco1. Recenti documenti hanno riportato protocolli efficaci per misurare la permeabilità intestinale delle cellule intestinali umane coltivate analizzando i tassi di flusso di fluorescenza attraverso lo strato di cellule intestinali2, ma meno documenti di ricerca presentano una procedura adatta per misurare la permeabilità intestinale nei nematodi, in particolare in C. elegans, utilizzando la colorazione FITC-dextran.
Ci sono due protocolli rappresentativi per misurare la permeabilità intestinale in C. elegans utilizzando il rosso Nilo3 e il disodio erioglaucine (o il saggio del Puffo)4,5. In questo protocollo, abbiamo usato FITC-dextran (peso molecolare medio 10.000), che ha un peso molecolare molto più elevato rispetto al Nilo rosso (MW - 318,37) e al disodico di erioglaucine (MW - 792,85). FITC-dextran è più simile di rosso del Nilo o coloranti disodio erioglaucina ai nutrienti macromolecolari effettivi come i carboidrati, che vengono assorbiti attraverso lo strato intestinale. La permeabilità intestinale di C. elegans alimentati con erioglaucine disodium (colorante Puffo blu) può essere facilmente valutata senza microscopia a fluorescenza. Tuttavia, nel saggio Puffo, l'analisi quantitativa della permeabilità intestinale è difficile a causa della mancanza di standardizzazione e dovrebbe essere valutata manualmente4,5. Nel caso del saggio rosso del Nilo, il rosso del Nilo macchia anche le goccioline lipidiche nelle cellule, che possono interferire con l'esatta determinazione della permeabilità intestinale in C. elegans6. I protocolli attuali consentono un'analisi quantitativa rapida e precisa della permeabilità intestinale in C. elegans trattati con vari batteri intestinali e sostanze chimiche evitando la colorazione lipidica non specifica.
C. elegans è un modello tipico nei campi biologici grazie al suo prezzo accessibile, alla facilità di manipolazione, alle limitate questioni etiche degli animali e alla breve durata della vita, che è vantaggioso per una rapida sperimentazione7. In particolare, dopo la pubblicazione dell'intero genoma di C. elegans, quasi il 40% dei geni nel genoma di C. elegans è risultato ortologo dei geni che causano malattie umane8. Inoltre, il corpo trasparente consente l'osservazione all'interno dell'organismo, che è vantaggioso per la ricerca di eventi cellulari e per le applicazioni di fluorescenza nella biologia cellulare, ad esempio, colorazione delle cellule staminali con DAPI o immunohistochimica9. C. elegans è spesso usato come animale sperimentale per studiare l'interazione tra il microbiota intestinale e l'ospite; inoltre, C. elegans viene utilizzato per lo screening dei batteri probiotici che promuovono la salute10,11,12 così come sostanze chimiche dietetiche promuovere la salute intestinale13,14.
Pseudomonas aeruginosa e Enterococcus faecalis sono batteri intestinali ben noti che influenzano negativamente il sistema gastrointestinale, in particolare le cellule epiteliali coloniche del tratto intestinale15,16. Pertanto, misurare la permeabilità intestinale innescata da questi batteri è necessario per lo screening e lo sviluppo di nuovi farmaci che possono recuperare e ridurre i danni causati da infiammazione batterica e infezione. In questo protocollo, abbiamo testato gli effetti di questi batteri intestinali sulla permeabilità intestinale di C. elegans.
Riportiamo anche un protocollo ottimizzato per testare sostanze chimiche sulla permeabilità intestinale di C. elegans. A questo scopo, abbiamo usato 3,3'-diindolylmethane (DIM) come prodotto chimico modello perché DIM è un composto di metabolita bioattivo derivato da indole-3-carbinolo, che è presente nelle piante alimentari Brassica, ed è stato segnalato per avere effetti terapeutici sull'IBD nei topi17,18. Inoltre, recentemente abbiamo scoperto che DIM migliora la disfunzione della permeabilità intestinale in entrambe le cellule intestinali umane coltivate, così come il modello nematode C. elegans19.
In questo studio, abbiamo usato tre diverse condizioni sperimentali. In primo luogo, abbiamo misurato gli effetti dei diversi batteri, P. aeruginosa ed E. faecalis, sulla permeabilità intestinale (Figura 1). In secondo luogo, abbiamo misurato gli effetti di P. aeruginosa vivo e inattivato dal calore sulla permeabilità intestinale (Figura 2). In terzo luogo, abbiamo misurato gli effetti del DIM (un modello chimico) sulla permeabilità intestinale di C. elegans alimentati con P. aeruginosa (Figura 3).
L'obiettivo di questo studio era quello di sviluppare protocolli ottimizzati che misurano la permeabilità intestinale di C. elegans, che viene modificata dal trattamento con vari batteri intestinali e con sostanze chimiche.