Ten film demonstruje protokół przeprowadzania jednowłóknistych zapisów elektrofizjologicznych na preparacie in vitro mysiego nerwu jelita grubego.
Artykuł metodologiczny
Ten film demonstruje protokół przeprowadzania jednowłóknistych zapisów elektrofizjologicznych na preparacie in vitro mysiego nerwu jelita grubego.
Ten film szczegółowo demonstruje protokół zapisu elektrofizjologicznego in vitro z pojedynczym włóknem przy użyciu preparatu nerwu jelita grubego u myszy. Podejście to pozwala na bezstronną identyfikację i funkcjonalną charakterystykę poszczególnych aferentów jelita grubego. Zewnątrzkomórkowe zapisy propagowanych potencjałów czynnościowych (AP), które pochodzą z jednego lub kilku aferentnych (tj. jednowłóknowych) pól recepcyjnych (RF) w jelitie grubym, są wykonane z drażnionych pęczków włókien nerwowych. Jelito grube jest usuwane z przyczepionym nerwem miednicznym (PN) lub lędźwiowym (LSN) i otwartym wzdłużnie. Tkankę umieszcza się w komorze rejestracyjnej, przypina na płasko i perfunduje natlenionym roztworem Krebsa. Ogniskowa stymulacja elektryczna służy do zlokalizowania zakończeń aferentnych jelita grubego, które są dalej testowane za pomocą trzech różnych bodźców mechanicznych (sondowanie, głaskanie błony śluzowej i rozciąganie obwodowe) w celu funkcjonalnej kategoryzacji aferentów do pięciu klas mechanowrażliwych. Zakończenia nie reagujące na żaden z tych bodźców mechanicznych są klasyfikowane jako aferenty niewrażliwe mechanicznie (MIA). Zarówno mechanowrażliwe, jak i MIA mogą być oceniane pod kątem uczulenia (tj. wzmocnionej odpowiedzi, obniżonego progu i / lub nabycia mechanowrażliwości) poprzez miejscową ekspozycję RF na chemikalia (np. zupę zapalną (IS), kapsaicynę, adenozynotrójfosforan (ATP)). Opisujemy sprzęt i przygotowanie do zapisu jelita grubego, pobieranie jelita grubego z dołączonym PN lub LSN, identyfikację RF w jelicie grubym, zapis jednowłóknisty z pęczków nerwowych oraz miejscowe zastosowanie chemikaliów do RF. Ponadto omówiono również wyzwania związane z przygotowaniem i zastosowaniem standaryzowanej stymulacji mechanicznej.
Ból i nadwrażliwość są głównymi dolegliwościami pacjentów cierpiących na funkcjonalne zaburzenia żołądkowo-jelitowe, w tym zespół jelita drażliwego (IBS), które występują przy braku widocznej przyczyny patobiologicznej lub uszkodzenia tkanki. Na przykład pacjenci z IBS wykazują nadwrażliwość, w tym zwiększoną reakcję na rozdęcie balonu doodbytniczego i zwiększoną wrażliwość podczas normalnej pracy jelit, a także nadwrażliwość na skierowanie somatyczne (tj. tkliwość na badanie palpacyjne okolicy brzucha)1. Ponieważ celowanie w aferenty jelita grubego okazało się skuteczne w łagodzeniu bólu i nadwrażliwości u pacjentów z IBS (np. doodbytnicze wkraplanie środków miejscowo znieczulających2,3; doustne przyjmowanie agonisty cyklazy guanylanowej-C linaklotydu4-6), ważne jest lepsze zrozumienie aferentnego unerwienia jelita grubego.
Aferenty trzewne, w tym aferenty jelita grubego, są zdolne do reagowania na modalności chemiczne/odżywcze i termiczne (np. 7-9). Jednak aferenty trzewne reagujące na bodźce mechaniczne (tj. aferenty mechanowrażliwe) zostały najdokładniej przebadane, ponieważ bodźce mechaniczne (np. wzdęcia światła, rozciąganie) to te, które na ogół wywołują świadome odczucia, w tym dyskomfort i ból10-16. Ponadto wnętrzności są również unerwione przez niewrażliwe mechanicznie aferenty (MIA), powszechnie nazywane cichymi lub śpiącymi nocyceptorami17. W normalnych warunkach fizjologicznych MIA nie reagują na stymulację mechaniczną lub mają bardzo wysokie progi odpowiedzi18, ale mogą stać się aktywne i nabywać mechanowrażliwość w stanach patofizjologicznych i przyczyniać się do nadwrażliwości.
Korzystając z opisanego tutaj preparatu i protokołu in vitro, opracowaliśmy i zastosowaliśmy strategię bodźca elektrycznego do poszukiwania receptywnych zakończeń, umożliwiając bezstronną identyfikację zarówno zakończeń mechanowrażliwych, jak i MIA w jelitu grubym19. Unerwienie jelita grubego wywodzi się ze szlaków lędźwiowych splanchnicznych (LSN) i nerwów miednicznych (PN) i obejmuje aferenty jelita grubego, które można podzielić na pięć klas mechanowrażliwych (surowicze, śluzówkowe, mięśniowe, mięśniowo-śluzówkowe, krezkowe) i jedną MIA klasy20. Korzystając z tego preparatu in vitro, stwierdziliśmy, że MIA jelita grubego nabyły mechanowrażliwość (uczulają) po krótkiej ekspozycji ich pól recepcyjnych na zupę zapalną (IS), która uwrażliwiała 71% MIA w szlaku PN i 23% MIA w szlaku LSN19. Udokumentowaliśmy również długoterminowe uczulenie (do 28 dni) na MIA w kontekście długotrwałej behawioralnej nadwrażliwości trzewnej (tj. u myszy otrzymujących leczenie wewnątrzokrężnicowe zymosanem21 lub kwasem 2,4,6-trinitrobenzenosulfonowym (TNBS)22).
Wśród aferentów mechanowrażliwych, aferenty mięśniowe i mięśniowo-śluzówkowe są jedynymi klasami, które tonicznie kodują obwodowe rozciągnięcie jelita grubego (tj. są wrażliwe na rozciąganie) i służą kodowaniu szkodliwego rozdęcia jelita grubego23,24. Za pomocą sterowanego komputerowo siłownika siły zastosowaliśmy standardowe, jednorodne i powtarzalne rozciąganie narastające w kierunku obwodowym spłaszczonej tkanki jelita grubego, a następnie sklasyfikowaliśmy wrażliwe na rozciąganie aferenty jako niskoprogowe i wysokoprogowe23. Ponadto przebieg w czasie uczulenia wrażliwych na rozciąganie aferentów po leczeniu zymosanem21 lub TNBS22 dojelitowym odpowiada wystąpieniu, utrzymywaniu się i/lub wyzdrowieniu behawioralnej nadwrażliwości trzewnej, co sugeruje rolę wrażliwych na rozciąganie aferentów jelita grubego w bólu trzewnym i nadwrażliwości.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
UWAGA: Ten protokół został sprawdzony i zatwierdzony przez Komitet ds. Opieki i Użytkowania Zwierząt Uniwersytetu w Pittsburghu.
1. Przygotowanie zmodyfikowanego roztworu Krebsa i testowanych dawek leków
2. Rozwarstwienie tkanki jelita grubego
3. Zapis i lokalizacja pola recepcyjnego za pomocą jednego włókna
4. Klasyfikacja funkcjonalna mechanowrażliwych barwników jelita grubego
5. Chemiczne zastosowanie/modulacja zakończeń receptywnych
6. Nagrywanie i dyskryminowanie skoków AP
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Konfiguracja jest zilustrowana na rysunku 1. Zawiera wykonaną na zamówienie komorę na tkanki, w której jelito grube mieści się w wyłożonej silikonem komorze kąpielowej, a dołączony nerw w przylegającej komorze wypełnionej olejem mineralnym. Dwukomorowa komora została obrobiona z litego bloku tworzywa akrylowego za pomocą maszyny CNC; Dno obu komór zostało następnie wyłożone mocnym silikonem, aby umożliwić łatwe przypięcie tkanki jelita grubego. Zewnątrzkomórkowe punkty dostępowe z drażnionych pęczków ner...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Opisany tutaj preparat do badania nerwów jelita grubego in vitro okazał się skutecznym podejściem do badania funkcji kodowania neuronalnego poszczególnych aferentów jelita grubego, które ładnie uzupełnia inne podejścia niefunkcjonalne (np. badania komórkowe, molekularne i histologiczne) na trzewnych neuronach czuciowych (szczegóły w przeglądzie 27 ). Ujawniono mechanizmy neuronalne przyczyniające się do nocycepcji i długotrwałej nadwrażliwości jelita grubego oraz przeprowadzono manipulacje fa...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Wspierane przez nagrodę NIH R01 DK093525 (GFG). Bardzo doceniamy naukową recenzję i redakcję gramatyczną manuskryptu przez dr Amber Shaffer (University of Pittsburgh) i dziękujemy Michaelowi Burchamowi za pomoc w przygotowaniu rycin.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Mikroskop stereoskopowy Leica MZ16 | Leica Microsystems Inc. | ||
| Aparat Leica IC D Leica | Microsystems Inc. | ||
| Wzmacniacz | World Precision Instruments, Inc. | SYS-DAM80 | Niskoszumowy wzmacniacz różnicowy |
| Dwukomorowa komora tkankowa | Wykonane | ||
| Power1401 | Cambridge Electronic Design Limited | Power1401 | Akwizycja danych, wejście/wyjście sygnału analogowego |
| Spike2 v5.02 | Cambridge Electronic Design Limited | Pakiet oprogramowania współpracujący z monitorem audio Power1401 | |
| Natus | Am | ||
| Stymulator impulsów kwadratowych | Natus | S48 | Do dostarczania bodźców elektrycznych |
| Jednostka izolacji fotoelektrycznej | Natus | PSIU6 | Izolacja bodźca w celu redukcji hałasu |
| Koncentryczna mikroelektroda bipolarna | FHC Inc. | CBFFG75 | Do dostarczania bodźców elektrycznych |
| System dźwigni w dwóch trybach | Aurora Scientific Inc. | Seria 300C | Do dostarczania bodźców mechanicznych |
| Kleszcze | Fine Science Tools | 11252-00 | Kleszcze z cienkimi końcówkami |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie