Fare Kolorektal Afferent Endings in vitro Fonksiyonel Karakterizasyonu içinde
Summary
This video demonstrates a protocol for conducting single-fiber electrophysiological recordings on an in vitro mouse colorectum-nerve preparation.
Abstract
Bu video ayrıntılı olarak, bir fare kolorektum sinir preparatı kullanılarak bir in vitro tek lif elektrofizyolojik kayıt protokolünü gösterir. yaklaşımı tarafsız kimlik ve bireysel kolorektal afferentlerin fonksiyonel karakterizasyonu sağlar. Bir veya birkaç afferent kaynaklanan yayılan aksiyon potansiyeli (AP) dışı kayıtları (yani, tek-lif) kolorektumda alıcı alanlar (RFS) alay sinir lifi fasiküller yapılır. kolorektum pelvis (PN) veya bel splanknik (LSN) sinir bağlı ve boylamasına açılmıştır ya çıkarılır. Doku düz tutturulmuş ve oksijene edilmiş Krebs çözeltisi ile perfüze, bir kayıt bölümü içinde yer almaktadır. Odak elektriksel stimülasyon işlevsel beş mechanosensi içine afferentler kategorize (sondalama mukozal okşayarak ve çevresel streç künt) ayrıca üç farklı mekanik uyaranlarla test edilmektedir kolorektal afferent sonlar, bulmak için kullanılırtive sınıflar. Bu mekanik uyaranlara hiçbiri yanıt sonlar mekanik duyarsız afferentleri (MIAS) olarak kategorize edilir. Kimyasallara RFS lokalize maruz mechanosensitive ve MIAS sensitizasyon (yani, gelişmiş yanıt, azaltılmış eşik, ve / veya mechanosensitivity edinimi) için değerlendirilebilir Hem (örneğin, iltihabi çorba (IS), kapsaisin, adenozin trifosfat (ATP)). Biz ekipman ve kolorektum-sinir kayıt hazırlık, ekli PN veya LSN, sinir liflerinin gelen kolorektum, tek-lif kayıt RFS belirlenmesi ile kolorektumun hasat ve RF kimyasalların lokalize uygulamasını açıklar. Buna ek olarak, hazırlık ve standart mekanik uyarım uygulama zorlukları da tartışılmıştır.
Introduction
Ağrı ve aşırı duyarlılık belirgin biyopatolojik neden veya doku hasarının olmaması durumunda, irritabl bağırsak sendromu (IBS) gibi mide-bağırsak işlev bozuklukları, mustarip hastalarda baskın şikayetleri bulunmaktadır. Örneğin, IBS hastaları (karın alan palpasyonla yani, hassasiyet) normal bağırsak fonksiyonu sırasında rektal balon şişkinlik ve artan duyarlılığı artan tepkiler de dahil olmak üzere aşırı duyarlılık, yanı sıra somatik sevk aşırı duyarlılık gösterirler 1. Arasında, daha iyi anlaşılması, kolorektal ileticileri hedefleme IBS hastalarında (guanilat siklaza Cı agonisti linaclotide 4-6 oral yoldan, örneğin, lokal anestezik 2,3 intra-rektal instilasyon) ağrı ve aşırı duyarlılık azaltmada etkili olduğu kanıtlanmıştır çünkü kolorektumun afferent innervasyon önemlidir.
Kolorektal afferentlerin dahil viseral afferentleri,/ Kimyasal besleyici- ve termal modaliteleri (örneğin, 7-9) yanıt yeteneğine sahiptir. Ancak, mekanik uyaranlara (yani, mechanosensitive afferentleri) yanıt visseral afferentlerin olmuştur mekanik uyaranlara (örn, lümen distansiyonu, streç), genellikle rahatsızlık ve ağrı 10-16 olmak üzere bilinçli duyumlar, yol olanlardır çünkü çoğu iyice okudu. Buna ek olarak, organlar da yaygın, mekanik duyarsız afferentleri (MIAS) tarafından innerve sessiz ya da uyku nosiseptörleri 17 adlandırılır. Normal fizyolojik şartlar altında, MIAS mekanik uyarıya yanıt ya da çok yüksek bir tepki 18 eşikleri, ancak aktif hale gelir ve patofizyolojik koşullarda mechanosensitivity kazanmak ve aşırı duyarlılık katkıda bulunabilir yoktur.
Burada tarif edilen in vitro hazırlık ve protokolü kullanarak, biz geliştirdik ve denize bir elektrik uyaran stratejisi istihdam kolorektal 19 hem mechanosensitive ve MIA sonlar tarafsız kimlik izin alıcı sonlar için rch. kolorektal innervasyon lomber splanknik (SSN) ve pelvik sinir (PN) yollar türetilen ve beş mechanosensitive sınıflar (serozal, mukozal, kas, kas-mukozal, mezenterik) ve bir MIA sınıfına 20 olarak kategorize edilebilir kolorektal afferentler içerir. Bu in vitro hazırlanmasını kullanarak, kolorektal MIAS elde edilen mechanosensitivity LSN yolunun PN yolunda MIAS% 71 ve MIAS% 23 duyarlı enflamatuar bir çorba (IS), kendi açık alanları arasında kısa maruz kaldıktan sonra (duyarlı) bulundu 19. Ayrıca, uzun süreli davranış viseral aşırı duyarlılık bağlamında MIAS uzun süreli hassasiyet (en fazla 28 gün) belgelenmiştir (zimosan 21 ya da 2,4,6-trinitrobenzen sülfonik asit içinin tedavi uygulanan farelerde, örneğin, (TNBS) 22) .
mechanosensitive afferentlerin, kas ve kas-mukozal afferentleri arasında jove_content "> (yani, streç duyarlı) ve zararlı kolorektal distansiyon 23,24 kodlamasını işine yaramak tonik kolorektumun çevresel streç kodlamak tek sınıflardır. Bir bilgisayar-kontrollü kullanma Zorlamalı tahrik düzeni, biz düzleştirilmiş kolorektal doku çevresel yönde bir standart, homojen ve yeniden üretilebilir bir rampalı streç uygulanan ve streç duyarlı ileticilerin, düşük eşik değeri ve yüksek eşik 23 kategorize. Buna ek olarak, germe sensitizasyon zaman sürecini intrakolonik zimosan 21 veya TNBS 22 tedavisinden sonra -duyarlı afferentleri visseral ağrı ve aşırı duyarlılık streç duyarlı kolorektal aferentlerin bir rolü olduğunu düşündürmektedir, davranışsal visseral aşırı duyarlılık başlangıcı, sebat ve / veya kurtarma karşılık gelir.Protocol
Representative Results
Discussion
Burada tarif edilen in vitro kolorektum-sinir hazırlık güzel visseral duyusal nöronlar diğer fonksiyonel olmayan yaklaşımlar (örn, hücresel, moleküler ve histolojik çalışmalar) tamamlar bireysel kolorektal aferentlerin, nöral kodlama işlevlerini (çalışmak için güçlü bir yaklaşım olduğu kanıtlanmıştır ) Detaylar için gözden 27. bkz. Nosisepsiyon ve uzun vadeli kolorektal aşırı duyarlılık katkıda Nöronal mekanizmalar ortaya konmuştur ve farmakolojik manip…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Supported by NIH award R01 DK093525 (GFG). We greatly appreciate the scientific review and grammatical editing of the manuscript by Dr. Amber Shaffer (University of Pittsburgh) and thank Michael Burcham for assistance in preparation of figures.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Leica MZ16 stereo microscope | Leica Microsystems Inc. | ||
| Leica IC D camera | Leica Microsystems Inc. | ||
| Amplifier | World Precision instruments, Inc. | SYS-DAM80 | Low-noise differential amplifier |
| Two-compartment tissue chamber | Custom made | ||
| Power1401 | Cambridge Electronic Design Limited | Power1401 | Data acquisition, analog signal input/out |
| Spike2 v5.02 | Cambridge Electronic Design Limited | Software package that works with the Power1401 | |
| Audio monitor | Natus | Am 8 | |
| Square pulse stimulator | Natus | S48 | To deliver electrical stimuli |
| Photoelectric isolation unit | Natus | PSIU6 | Stimulus isolation to reduce noise |
| Concentric bipolar microelectrode | FHC Inc. | CBFFG75 | To deliver electrical stimuli |
| Dual-mode lever system | Aurora Scientific Inc. | Series 300C | To deliver mechanical stimuli |
| forceps | Fine Science Tools | 11252-00 | forceps with fine tips |
References
- Naliboff, B. D., et al. Evidence for two distinct perceptual alterations in irritable bowel syndrome. Gut. 41, 505-512 (1997).
- Verne, G. N., Robinson, M. E., Vase, L., Price, D. D. Reversal of visceral and cutaneous hyperalgesia by local rectal anesthesia in irritable bowel syndrome (IBS) patients. Pain. 105, 223-230 (2003).
- Verne, G. N., Sen, A., Price, D. D. Intrarectal lidocaine is an effective treatment for abdominal pain associated with diarrhea-predominant irritable bowel syndrome. Journal of Pain. 6, 493-496 (2005).
- Chey, W. D., et al. Linaclotide for irritable bowel syndrome with constipation: a 26-week, randomized, double-blind, placebo-controlled trial to evaluate efficacy and safety. Am J Gastroenterol. 107, 1702-1712 (2012).
- Rao, S., et al. A 12-week, randomized, controlled trial with a 4-week randomized withdrawal period to evaluate the efficacy and safety of linaclotide in irritable bowel syndrome with constipation. Am J Gastroenterol. 107, 1714-1724 (2012).
- Busby, R. W., et al. Pharmacologic properties, metabolism, and disposition of linaclotide, a novel therapeutic peptide approved for the treatment of irritable bowel syndrome with constipation and chronic idiopathic constipation. J Pharmacol Exp Ther. 344, 196-206 (2013).
- Mei, N. Intestinal chemosensitivity. Physiol Rev. 65, 211-237 (1985).
- Mei, N., Lucchini, S. Current data and ideas on digestive sensitivity. J Auton Nerv Syst. 41, 15-18 (1992).
- Su, X., Gebhart, G. F. Mechanosensitive pelvic nerve afferent fibers innervating the colon of the rat are polymodal in character. J Neurophysiol. 80, 2632-2644 (1998).
- McMahon, S. B., Morrison, J. F. Spinal neurones with long projections activated from the abdominal viscera of the cat. J Physiol. 322, 1-20 (1982).
- Cervero, F., Sann, H. Mechanically evoked responses of afferent fibres innervating the guinea-pig’s ureter: an in vitro study. J Physiol. 412, 245-266 (1989).
- Sengupta, J. N., Gebhart, G. F. Mechanosensitive properties of pelvic nerve afferent fibers innervating the urinary bladder of the rat. J Neurophysiol. 72, 2420-2430 (1994).
- Sengupta, J. N., Gebhart, G. F. Characterization of mechanosensitive pelvic nerve afferent fibers innervating the colon of the rat. J Neurophysiol. 71, 2046-2060 (1994).
- Habler, H. J., Janig, W., Koltzenburg, M. Activation of unmyelinated afferent fibres by mechanical stimuli and inflammation of the urinary bladder in the cat. J Physiol. 425, 545-562 (1990).
- Habler, H. J., Janig, W., Koltzenburg, M. A novel type of unmyelinated chemosensitive nociceptor in the acutely inflamed urinary bladder. Agents Actions. 25, 219-221 (1988).
- Brierley, S. M., Jones, R. C., Gebhart, G. F., Blackshaw, L. A. Splanchnic and pelvic mechanosensory afferents signal different qualities of colonic stimuli in mice. Gastroenterology. 127, 166-178 (2004).
- Meyer, R. A., Davis, K. D., Cohen, R. H., Treede, R. D., Campbell, J. N. Mechanically insensitive afferents (MIAs) in cutaneous nerves of monkey. Brain Res. 561, 252-261 (1991).
- Handwerker, H. O., Kilo, S., Reeh, P. W. Unresponsive afferent nerve fibres in the sural nerve of the rat. J Physiol. 435, 229-242 (1991).
- Feng, B., Gebhart, G. F. Characterization of silent afferents in the pelvic and splanchnic innervations of the mouse colorectum. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 300, G170-G180 (2011).
- Feng, B., La, J. H., Schwartz, E. S., Gebhart, G. F. Irritable bowel syndrome: methods, mechanisms, and pathophysiology. Neural and neuro-immune mechanisms of visceral hypersensitivity in irritable bowel syndrome. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 302, G1085-G1098 (2012).
- Feng, B., et al. Long-term sensitization of mechanosensitive and -insensitive afferents in mice with persistent colorectal hypersensitivity. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 302, G676-G683 (2012).
- Feng, B., et al. Altered colorectal afferent function associated with TNBS-induced visceral hypersensitivity in mice. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 303, G817-G824 (2012).
- Feng, B., Brumovsky, P. R., Gebhart, G. F. Differential roles of stretch-sensitive pelvic nerve afferents innervating mouse distal colon and rectum. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 298, G402-G409 (2010).
- Feng, B., et al. Activation of guanylate cyclase-C attenuates stretch responses and sensitization of mouse colorectal afferents. J Neurosci. 33, 9831-9839 (2013).
- Jolliffe, I. T. . Principal component analysis. , (2002).
- La, J. H., Feng, B., Schwartz, E. S., Brumovsky, P. R., Gebhart, G. F. Luminal hypertonicity and acidity modulate colorectal afferents and induce persistent visceral hypersensitivity. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 303, G802-G809 (2012).
- Christianson, J. A., et al. plasticity and modulation of visceral afferents. Brain Research Reviews. 60, 171-186 (2009).
- Kiyatkin, M. E., Feng, B., Schwartz, E. S., Gebhart, G. F. Combined genetic and pharmacological inhibition of TRPV1 and P2X3 attenuates colorectal hypersensitivity and afferent sensitization. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 305, G638-G648 (2013).
- Brumovsky, P. R., Feng, B., Xu, L., McCarthy, C. J., Gebhart, G. F. Cystitis increases colorectal afferent sensitivity in the mouse. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 297, G1250-G1258 (2009).
- Shinoda, M., Feng, B., Gebhart, G. F. Peripheral and central P2X receptor contributions to colon mechanosensitivity and hypersensitivity in the mouse. Gastroenterology. 137, 2096-2104 (2009).
- Tanaka, T., Shinoda, M., Feng, B., Albers, K. M., Gebhart, G. F. Modulation of visceral hypersensitivity by glial cell line-derived neurotrophic factor family receptor α-3 in colorectal afferents. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 300, G418-G424 (2011).
