Prezentujemy metodę izolowania rurki jelitowej szczurów i oceny wpływu leków na ich napięcie, częstotliwość i amplitudę in vitro. Metoda ta stanowi cenne podejście dla naukowców badających rurki jelitowe.
Artykuł metodologiczny
Prezentujemy metodę izolowania rurki jelitowej szczurów i oceny wpływu leków na ich napięcie, częstotliwość i amplitudę in vitro. Metoda ta stanowi cenne podejście dla naukowców badających rurki jelitowe.
Choroby przewodu pokarmowego, które występują często, stanowią poważne wyzwanie dla ludzi. Jelito cienkie jest integralną częścią trawienia i wchłaniania pokarmów i leków oraz odgrywa kluczową rolę w leczeniu tych chorób. Eksperyment z ruchem rurki jelitowej, powszechna i niezbędna metoda in vitro, jest wykorzystywany do badania dynamiki przewodu pokarmowego. Obejmuje to przygotowanie izolowanej rurki jelitowej, a także zawieszenie przygotowanej rurki jelitowej w kąpieli i podłączenie jej do detektora sygnału. Następnie rejestruje się i analizuje szereg parametrów, takich jak napięcie, które można wykorzystać do oceny funkcji motorycznej jelit, a także rozważania dotyczące utrzymania aktywności cewy jelitowej in vitro. Ustandaryzowany program od pobrania próbki do zebrania danych znacznie poprawia powtarzalność danych eksperymentalnych i zapewnia autentyczność zapisu napięcia jelitowego po interwencji fizjologicznej, patologicznej i farmakologicznej. W tym miejscu przedstawiamy kluczowe problemy w eksploatacji eksperymentalnej oraz cenny referencyjny protokół eksperymentalny do badania leków regulujących motorykę przewodu pokarmowego.
Choroby przewodu pokarmowego, powszechne schorzenie, mają poważny wpływ na życie i zdrowie ludzi1. Zaburzenia motoryki przewodu pokarmowego są ważną częścią funkcjonalnych chorób przewodu pokarmowego, objawiającą się przede wszystkim wyniszczającymi objawami, opóźnionym opróżnianiem żołądka i poważnymi problemami gastrycznymi2. Może zaburzać koordynację żołądkowo-jelitową, utrudniać opróżnianie żołądka, wpływać na jelitową nietolerancję pokarmową, a nawet powodować funkcjonalną niedrożność w jelicie cienkim lub grubym3. U pacjentów poddawanych zabiegom chirurgicznym przewodu pokarmowego zaburzenie to może bezpośrednio prowadzić do niewydolności jelit. Co więcej, zaburzenia jelitowe są związane nie tylko z chorobami przewodu pokarmowego, ale także z czynnikami patogennymi różnych innych chorób, takich jak zapalenie wątroby i choroby ośrodkowego układu nerwowego. Zbiorowiska drobnoustrojów jelitowych odgrywają kluczową rolę regulacyjną w fizjologii jelit, w tym w ruchliwości, co z kolei wpływa na kolonizację w ekosystemie drobnoustrojów4. W miarę jak zakażenie wirusem zapalenia wątroby typu B postępuje do przewlekłego wirusowego zapalenia wątroby typu B, występują różne stopnie zmian we florze jelitowej. Modulowanie flory jelitowej wykazało korzyści w leczeniu wirusa zapalenia wątroby typu B5. Dodatkowo ośrodkowy układ nerwowy może wpływać na pracę jelita i zmieniać jego skład mikrobiologiczny. Ostatnie postępy w technologii sekwencjonowania mikroflory ujawniły dwukierunkowe interakcje między mikroflorą jelitową a funkcją ośrodkowego układu nerwowego, ściśle związane z występowaniem i postępem chorób ośrodkowego układu nerwowego6,7.
Wraz ze starzeniem się społeczeństwa, częstość występowania zaburzeń motoryki przewodu pokarmowego nasila się, co wiąże się ze spadkiem lub utratą funkcji neuronalnych w jelitowym układzie nerwowym i wewnętrznym unerwieniem jelit8. Wraz z poszerzaniem się wiedzy na temat chorób przewodu pokarmowego pojawia się wiele nowatorskich pomysłów i podejść, które mogą prowadzić do opracowania nowych leków. Jednak wiele z tych pomysłów jest nadal hipotetycznych lub czeka na pozytywne wyniki badań klinicznych, aby się zmaterializować9,10. Skuteczne metody badawcze są kluczowe w pokonywaniu chorób przewodu pokarmowego. W ostatnich latach szeroko zakrojone badania koncentrowały się na lekach żołądkowo-jelitowych i regulacji motoryki. Leki żołądkowo-jelitowe i dynamika przewodu pokarmowego są nierozłączne, a wiele innych leków ogólnoustrojowych ma różny wpływ na dynamikę przewodu pokarmowego. Na przykład niesteroidowe leki przeciwzapalne (NLPZ) są stosowane w leczeniu bólu i stanu zapalnego oraz powolnych ruchów przewodu pokarmowego, zwiększając ryzyko choroby wrzodowej 11. Z drugiej strony, niektóre leki przeciwdepresyjne mogą wpływać na motorykę przewodu pokarmowego12. Obecnie głównym eksperymentem farmakologicznym in vitro badającym wpływ leków żołądkowo-jelitowych i innych leków ogólnoustrojowych na motorykę przewodu pokarmowego jest test in vitro ruchu jelitowego13. Symulując warunki fizjologiczne, obserwują bezpośredni wpływ leków na skurcz i rozluźnienie mięśni gładkich jelit, oceniając ich wpływ na przewód pokarmowy. Jednak dokładna przyczyna zaburzeń motoryki przewodu pokarmowego pozostaje niejasna, prawdopodobnie jest to złożona interakcja czynników genetycznych, środowiskowych, dietetycznych i neuroendokrynnych. W związku z tym leczenie zaburzeń motoryki przewodu pokarmowego nadal stanowi poważne wyzwanie.
Jelito cienkie, będące kluczowym miejscem dla trawienia, wchłaniania i metabolizmu leków, ma znaczenie dla funkcji przewodu pokarmowego. W rezultacie test ruchu izolowanej rurki jelitowej jest niezbędnym narzędziem do badania chorób przewodu pokarmowego. Polega to na przygotowaniu i umieszczeniu izolowanej rurki jelitowej zwierzęcia w kąpieli, podłączeniu jej do wymiennika energii, wykorzystaniu przetwornika do przekształcania ruchów mechanicznych w sygnały elektryczne w celu wzmocnienia oraz rejestrowaniu przez rejestrator fizjologiczny. Aby ocenić funkcję motoryczną rurki jelitowej, można zmierzyć różne parametry, takie jak częstotliwość, średnia amplituda drgań, napięcie i obszar pod krzywą. Metoda ta oferuje takie korzyści, jak prostota, ekonomiczna wykonalność, łatwa kontrola warunków eksperymentalnych, minimalne czynniki wpływające, wysoka odtwarzalność oraz dokładne i wiarygodne wyniki. Co więcej, jest szczególnie przydatny do badania mechanizmu działania leków. Istnieją jednak znaczące wyzwania związane z działaniem eksperymentu z izolowaną rurką jelitową, na przykład aktywność jelitowa jest trudna do utrzymania przez długi czas. Aby odpowiedzieć na te problemy i skorzystać z doświadczeń z eksperymentów in vitro, niniejszy artykuł będzie zawierał szczegółowe wprowadzenie do kluczowych problemów w eksploatacji eksperymentalnej i przedstawi cenny referencyjny protokół eksperymentalny do badania leków regulujących motorykę przewodu pokarmowego.
Ten protokół wywodzi się z wcześniej opublikowanej literatury14,15,16,17. W niniejszym badaniu wykorzystano samce szczurów Sprague Dawley (SD) (260-300 g, 8-10 tygodniowe). Protokół na zwierzętach został poddany przeglądowi i zatwierdzony przez Komitet Zarządzający Uniwersytetu Tradycyjnej Medycyny Chińskiej w Chengdu (Rekord nr 2023017). Przed eksperymentem szczury zostały poinstruowane, aby pościć przez 24 godziny. Podczas eksperymentu szczury były trzymane w komorze dla zwierząt i miały swobodny dostęp do jedzenia i wody.
1. Przygotowanie roztworu
2. Rozwarstwienie kanału jelitowego u szczura
3. Zawieszenie i unieruchomienie kanału jelitowego (Rysunek 2)
4. Normalizacja
5. Wykrywanie reaktywności
6. Obserwacja eksperymentalna
7. Analiza danych
UWAGA: System perfuzji tkanek in vitro ma cztery kanały, które mogą jednocześnie przeprowadzać testy wpływu czterech identycznych lub różnych leków na cztery rurki jelitowe. Ponieważ parametry eksperymentalne i metody analizy są takie same dla wszystkich kanałów, jako przykład do analizy danych wybierany jest jeden kanał.
8. Leczenie pooperacyjne
Pierwsza część badania koncentruje się na procesie oddzielania wyizolowanych fragmentów jelit z organizmu i przekształcania ich w odcinki o długości 2 cm in vitro. Proces ten szczegółowo przedstawiono na Rysunku 1. Druga część obejmuje zawieszenie i standaryzację pierścienia wyizolowanego fragmentu jelita. Powodzenie tego procesu wykazano na Rysunku 2, który obrazuje automatyczne rytmiczne skurcze prawidłowego odcinka jelita. Na koniec w badaniu przeanalizowano wpływ reprezentatywnych czynników kurczowych i rozluźniających na pierścień wyizolowanego fragmentu jelita. Stwierdzono, że acetylocholina (0.3 µmol/L) i chlorek baru (1.2 mmol/L) zwiększały napięcie w tych odcinkach, podczas gdy atropina (30 µmol/L), epinefryna (1 µmol/L) i nifedypina (10 µmol/L) hamowały ich napięcie, co zilustrowano na Rysunku 3.
Niniejsza metoda przedstawia przede wszystkim sposób oznaczania funkcji motorycznej wyizolowanego odcinka jelita. Ruchy jelit zależą od wielu czynników, a większość tych efektów jest realizowana poprzez receptory znajdujące się w jelicie. W przewodzie pokarmowym występuje wiele różnych receptorów, w tym cholinergiczne receptory M, adrenergiczne receptory α i β, receptory 5-HT, receptory histaminowe oraz receptory hormonów żołądkowo-jelitowych19. Skurcz w wyizolowanym jelicie może być wywołany działaniem acetylocholiny na receptory M. Efekt ten może zostać zablokowany przez atropinę, która działa jako antagonista receptorów M (Rycina 3A). Jednak skurcz mięśni gładkich odcinka jelita, wywołany przenikaniem jonów baru z chlorku baru i ich wiązaniem z kalmoduliną, nie może zostać zablokowany przez atropinę (Rycina 3B). Epinefryna działa jako agonista zarówno dla receptorów α, jak i β (Rycina 3C). Pobudza ona receptor α oraz receptor β2 jelita cienkiego, co prowadzi do rozluźnienia mięśni gładkich i osłabienia skurczów jelita cienkiego. W rezultacie perystaltyka ulega spowolnieniu, a tempo wchłaniania zostaje zmniejszone. W przeciwieństwie do tego, nifedypina zapobiega napływowi Ca2+ do wnętrza komórek i sprzyja rozluźnieniu jelit (Rycina 3D). Pomaga to w łagodzeniu skurczów jelit, zmniejszaniu ciśnienia w jelitach oraz ułatwia wchłanianie wody w jelicie.

Rysunek 1Izolacja fragmentów jelit. (A) pętle jelitowe u szczurów; (B) Przewody jelitowe usunięto z organizmu i umieszczono w szalce Petriego zawierającej 4 °fizjologiczny roztwór soli; (C) przewód jelitowy po usunięciu otaczających tkanek; (D) 2-centymetrowy odcinek jelita użyty w doświadczeniu. Aby wyświetlić powiększoną wersję tej figury, kliknij tutaj.

Rycina 2Proces zawieszenia i standaryzacji wyizolowanych pierścieni jelita. (A) In vitro system perfuzji tkanek (patrz w Tabela materiałów); (B) unieruchomienie obu końców jelita za pomocą żelaznego haczyka i nici chirurgicznej w szalce Petri zawierającej 4 °fizjologiczny roztwór soli; (C) unieruchomienie jelita w jednej z kąpieli zawierających 37 °fizjologiczny roztwór soli; (D) podanie obciążenia wstępnego i rejestracja normalnego kształtu fali. Prosimy kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.

Rycina 3Wpływ leków na wyizolowane fragmenty jelit. Wpływ (A) acetylocholina (0.3 µmol/L) i atropinę (300 µmol/L), (B) chlorek baru (1,2 mmol/L), (C) epinefryna (1 µmol/L), oraz (D) nifedypina (10 µmol/L) na izolowanych odcinkach jelita. Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.
Motoryka przewodu pokarmowego jest osiągana przez serię precyzyjnie skoordynowanych skurczów i rozluźnień mięśni gładkich. Proces ten obejmuje rytmiczny skurcz jednej grupy mięśni, skoordynowany skurcz wielu grup oraz specjalny skurcz napędowy20,21. Występowanie zaburzeń motoryki przewodu pokarmowego może wiązać się z dysfunkcjami na różnych poziomach, takich jak ośrodkowy układ nerwowy, autonomiczny układ nerwowy, jelitowy układ nerwowy i mięśnie gładkie przewodu pokarmowego. Te struktury tkankowe funkcjonują razem poprzez uwalnianie różnych neuroprzekaźników i czynników humoralnych, które wiążą się z odpowiednimi receptorami w celu wykonywania różnych funkcji fizjologicznych22. Dlatego badanie lokalnego mechanizmu działania leków jest niezbędne, a przeprowadzanie eksperymentów in vitro na jelicie cienkim może dostarczyć dokładniejszych informacji, wykluczając zakłócenia spowodowane obcymi substancjami i regulację ośrodkowego układu nerwowego.
Izolowane próbki rurki jelitowej jelita krętego świnki morskiej, jelita czczego królika i dwunastnicy są powszechnie stosowane u zwierząt doświadczalnych. Ponadto jelito kręte, dwunastnica i jelito czcze szczurów i kotów mogą być również wykorzystywane do eksperymentów in vitro . Ta metoda jest odpowiednia dla izolowanych tkanek. Mięśnie gładkie jelit mają cechy automatycznego rytmicznego skurczu i wpływają na niego splot nerwowy w ścianie jelita. Izolowane rurki jelitowe wielu zwierząt mogą utrzymać swoje spontaniczne funkcje motoryczne w odpowiednim środowisku przetrwania. Eksperyment z rurką jelitową in vitro ma zalety prostej obsługi, łatwej kontroli warunków eksperymentalnych, niewielu czynników wpływających, dobrej odtwarzalności, dokładnych i wiarygodnych wyników oraz bardziej sprzyja dyskusji na temat mechanizmu działania leku. Dodatkowo ta metoda jest uważana za ekonomiczną i wykonalną.
Eksperyment z rurką jelitową in vitro ma również swoje ograniczenia, takie jak stosowanie nieoczyszczonych surowych preparatów medycyny chińskiej, które zawierają zanieczyszczenia, jony nieorganiczne, saponiny i garbniki, co może wpłynąć na wiarygodność eksperymentu. Dlatego konieczna jest pełna ocena wpływu zanieczyszczeń i czynników fizykochemicznych na wyniki eksperymentalne, w tym pH cieczy oraz różnych cząstek elektrolitycznych i zanieczyszczeń. Ponadto konieczna jest poprawa stabilności instrumentu doświadczalnego in vitro i techniki konserwacji zwężnika jelitowego in vitro. Projektując doświadczenia in vitro, należy koniecznie rozważyć, czy stosowane leki lub preparaty spełniają wymagania tych eksperymentów (np. poziomy zanieczyszczeń).
W tej metodzie istnieje kilka środków ostrożności, których należy przestrzegać. Na początek rurkę jelitową należy usunąć z jamy brzusznej szczura i namoczyć w zimnym PSS przed eksperymentem. Ponadto ważne jest, aby pokroić całą rurkę na wiele części i przechowywać je w lodówce, minimalizując stymulację jelit. Podczas procesu dozowania ważne jest, aby upewnić się, że rurka dozująca nie styka się z przewodem, na którym zawieszona jest rurka jelitowa. Dodatkowo ilość leku dodawanego do kąpieli powinna być dokładna, a lek nie powinien być dodawany do ścianki wanny lub bezpośrednio do rurki jelitowej, aby uniknąć wpływu na wyniki. Podczas płukania rurki jelitowej należy stosować delikatne podejście i unikać płukania pod wysokim ciśnieniem, aby zapobiec przykurczowi tkanek. Zaleca się obchodzenie się z rurką jelitową pęsetą i unikanie wystawiania jej na działanie powietrza przez dłuższy czas, aby zapobiec utracie aktywności.
W niniejszej pracy przedstawiono demonstrację metodyki eksperymentalnej eksperymentów z izolowanymi rurkami jelitowymi, wykorzystując wpływ różnych tradycyjnych leków działających na receptory jelitowe w celu zilustrowania ich wpływu na ruch rurki jelitowej, co stanowi skuteczne podejście do badania mechanizmu działania leków regulujących perystaltykę przewodu pokarmowego w przewodzie pokarmowym.
Autorzy nie mają do ujawnienia żadnych konfliktów interesów.
Ta praca była wspierana przez Specjalny Program Talentów Uniwersytetu Tradycyjnej Medycyny Chińskiej w Chengdu dla "Xinglin Scholars and Discipline Talents Research Promotion Plan" (33002324).
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Acetylocholina | Sigma, Stany Zjednoczone | A6625 | |
| atropina | Sangon Biotech Co., Ltd., Szanghaj, Chiny | IA06501 | |
| Chlorek baru | Macklin Biochemical Co., Ltd., Szanghaj, Chiny | B861682 | |
| CaCl2 | Sangon Biotech Co., Ltd., Szanghaj, Chiny | A501330 | |
| D-glukoza | Sangon Biotech Co., Ltd., Szanghaj, Chiny | A610219 | |
| oprogramowanie do rysowania | GraphPad Software, San Diego, Kalifornia, USA& | mdash; | |
| Epinephrine | Sigma, USA | E4642 | |
| HEPES | Xiya Reagent Co., Ltd., Shandong, Chiny | S3872 | |
| System perfuzji tkanek in vitro | PowerLab, ADInstruments, Australia | ML0146 | |
| KCl | Sangon Biotech Co., Ltd., Szanghaj, Chiny | A100395 | |
| KH2PO4 | Sangon Biotech Co., Ltd., Szanghaj, Chiny | A100781 | |
| LabChart Professional wersja 8.3 | ADInstruments, Australia | — | |
| MgCl2· 6H2O | Sangon Biotech Co., Ltd., Szanghaj, Chiny | A100288 | |
| NaCl | Sangon Biotech Co., Ltd., Szanghaj, Chiny | A100241 | |
| NaHCO3 | Sangon Biotech Co., Ltd., Szanghaj, Chiny | A100865 | |
| nifedypina | Macklin Biochemical Co., Ltd., Szanghaj, Chiny | N5087 | |
| oprogramowanie | GraphPad Software, San Diego, Kalifornia, USA& | mdash; | |
| Szwy chirurgiczne | Johnson, USA& | mdash; |
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie