Burada, gut hormonu salgılanması ve bağırsak emilim temel moleküler mekanizmaları incelemek için güçlü ve fizyolojik bir modeli mevcut — izole sıçan periosteum ince bağırsak.
Bağırsak vücudun iştahı ve gıda alımı, sindirim, besin emilimi ve dağıtım ve sonrası prandial glikoz geziler düzenleyen 15’den fazla farklı peptid hormonları üreten en büyük endokrin organıdır. Gut hormonu salgılanması düzenleyen moleküler mekanizmaları anlama anlama ve gut hormon Fizyoloji çeviri için esastır. Geleneksel olarak, gut hormonu salgılanması yatan mekanizmaları da içinde (deneysel hayvan veya insan) vivo incelendiği veya gut hormon salgılayan İlköğretim Mukozal kullanarak hücre kültürleri veya satırları hücre. Burada, bir izole sıçan periosteum ince bağırsak bağırsak hormonu salgılanması eğitim için alternatif bir yöntem olarak tanıtmak. Çoğu Fizyolojik açıdan önemli parametrelerden biri Mukozal polarizasyon, parakrin ilişkileri ve yolların da dahil olmak üzere içinde vivo çalışmalarda salgı sorumlu beyannamedir anlam bozulmamış gut yapılmasını gerektirecek ayarlamalardan bu model erdemleri vardır perfüzyon/uyarıcı pozlama. Buna ek olarak ve içinde vivo çalışmalar, aksine izole sıçan periosteum bağırsağın hemen hemen tam deneysel kontrol ve salgı doğrudan değerlendirilmesi için sağlar. Tüp Bebek çalışmaları aksine, büyüklüğü ve salgı ve ne uyaranlara salgı gut (luminal veya vasküler) hangi taraftan olduğunu farklı gut hormonların salgılanmasını neden gibi önemli soruları için dinamikleri çalışma mümkündür teşvik ve salgı yanıt arka plandaki ayrıntı moleküler sensörler çözümlemek için. Ayrıca, hazırlık, bağırsak emilim ve bağırsak emilim sorumlu taşıyıcılar da dahil olmak üzere dinamikleri ile ilgili detayları için güçlü bir modeldir.
Bağırsak vücudun düzenleyen besin emilimi ve besin bırakma, bağırsak büyüme ve iştah1modüle 15’den fazla farklı peptid hormonları üreten en büyük endokrin organıdır. Gut hormonlar bu nedenle, birçok temel fizyolojik süreçlerinde söz konusu ve salgı ve ilgili hormon salgısını kontrol moleküler detaylar bu desen anlayışı böylece bizim temel fizyolojik önemlidir anlayış ve gut hormon eylemler translasyonel yönlerini adresleme için; Ama nasıl bir gut hormonu salgılanması temel moleküler algılama mekanizmaları eğitim alabilirim? Genel olarak, hormon salgılanması olduğu gibi organizmalar (insan veya deneysel hayvan), izole gut hazırlıklar veya gut hormon salgılayan birincil hücre kültürleri okudu olabilir veya hücre kültürleri2,3, ölümsüzleştirilmiş 4 , 5 , 6. en uygun zaman çözünürlüğü (salgı oranları herhangi bir saat ile belirlenen ile ayrıntılı olarak incelenecektir için gut hormonların salgılanmasını sağlar fizyolojik ilgili bir modeldir izole sıçan periosteum ince bağırsak bizim tercih edilen modelidir İkinci aşağı temel), ve sonuçları da muhtemel bir içinde vivo durum7için transferrable. Burada, biz bu yordamı gerçekleştirme konusunda detaylı bir protokol sağlar, ancak ilk gut hormonu salgılanması, faydaları ve sınırlamaları izole sıçan periosteum bağırsağın karşılaştırıldığında bu modellerin de dahil olmak üzere eğitim için diğer yöntemleri tartışacağız.
Eğer bir belirli bir bileşik bazı gut hormonların salgılanmasını düzenleyen kurmak dilek, çalışmalar insanlarda nihai hedefi vardır. Bunu doğruladı, böylece, bir bileşik kemirgen (VIVO veya perfusions) bir veya daha fazla gut hormonların salgılanmasını üzerinde büyük etkileri gösterir veya hormon salgılayan hücreleri (hücre hatları veya Primer hücre), bu etkiyi sadece tıp ve insan fizyolojisi için uygun olur insanlarda. Ancak, insanlarda yapılan çalışmalar türü için net sınırlar vardır ve içinde vivo çalışmalar deneysel hayvanlar üzerinde bu nedenle, bu tür çalışmalar için en iyi ikinci seçenek çoğu kez. Fare ve sıçanlar vardır muhtemelen nedeniyle uygun büyüklükleri, düşük maliyetli ve genetik olarak belirli çalışma soruları dahil olmak şüpheli genler değiştirmek için seçenek en sık kullanılan deneysel hayvan (örneğin, belirli bir ışınlama dışarı vurmak veya reseptör). Genel olarak, içinde vivo modelleri fizyolojik sağlam olmaktan yarar ama bazı sınırlamaları da mevcuttur. Çoğu deneyleri gut hormon miktar için en az 20 µL gerektiği en önemlisi, küçük kemirgen, özellikle fareler, kısıtlayıcı bir faktör büyüklüğünde plazma (ve genellikle çok daha fazlası), en az anlamını 100 µL kan bir yinelenen yapmak içine kapanık olması gerekiyor miktar. Bu nedenle, bu sadece çok az örnekleri temel örnekleri için karşılık gelen ve bir ya da iki sonrası stimülasyon örnekleri (20 g bir fare toplam kan hacmindeki ~1.4 mL’dir) elde etmek mümkündür. Sonuç olarak, potansiyel salgı yanıt (örneğin, hızlı bir şekilde veya geç meydana gelen yanıt) bu nedenle özledim.
Perfüzyon modelinde, bu sorunu aşmak, büyük örnek olarak birimleri elde edilen (akış hızı: 7,5 mL/dak) ve toplama aralıkları hızlı ve kısa ömürlü yanıt kaçırmayın emin olmak için gerektiği şekilde ayarlanabilir (biz toplamak örnekleri her dk)7 . Başka bir konuda Rodents vivo çalışmalarda çoğu gut hormonlar daha fazla hızla ortadan ya da daha sonraki biyokimyasal analiz karmaşık hale hangi insanlar8,9,10‘, metabolize edilir. Örneğin, GLP-1 farelerde insanlar bile daha hızlı bir oranda metabolize edilir (1-2 dk11T1/2 mi nerede) gösterdik ve daha da önemlisi, GLP-1 bölünme farelerde, N-terminal bölünme tarafından ek olarak içeren dipeptidyl-peptidaz-(büyük GLP-1 aşağılayıcı enzim insanlarda olan) 4 (DPP4), daha fazla bölünme enzim tarafsız endopeptidase 24.1112tarafından. Sonuç olarak, ya sağlam izoformu GLP-1 (7-36amide) veya DPP-4 i ciddi izoformu (9-39amide) temel alan, geçerli ticari deneyleri GLP-1, miktar için büyük ölçüde GLP-1 salgı farelerde hafife ve sonuçları yanıltıcı neden 12. izole sıçan periosteum bağırsakta salgılanan hormonlar, metabolizma çoğunu ortadan veya belirgin azaltılmış, plazma-aracılı bozulması kaçınılması ve karaciğer/böbrek/akciğer çıkarma/bozulması (çünkü engellenir gut bırakır olarak perfusate toplanır).
Tabii ki, önemli fikir genetiği değiştirilmiş hayvanlar, örneğin, sodyum-glikoz taşıyıcı-1 nakavt fareler13, kullanımıyla oluşturulabilir ancak moleküler sensörlerin salgı kez ilgili ayrıntılı bir değerlendirme gerektirir İyon kanalları için moleküler taşıyıcı ve farklı G protein birleştiğinde reseptörleri hücre içi proteinlere değişen birden fazla moleküler site dikkate. Örneğin, dokuz farklı moleküler sitelerin faaliyet moleküler sensörler glikoz uyarılmış GLP-1 salgı7için sorumlu çözülüyor zaman hedef. Benzer bir soruşturma mümkün içinde kullanılan bileşiklerin bazı belirsiz gibi vivo veya zararlı/ölümcül etkiler olmaz. Örneğin, perfused gut kullanırken, GLP-1 ve neurotensin salgılanması için içi hücresel glikoz metabolizmasının rol ATP oluşumu rolünün yanı sıra 2-4-dinitrophenol7,14 ile bloke ederek değerlendirmek mümkün Voltaj kalsiyum kanalları için safra asidi GLP-1, NT ve PYY salgısı3uyarılmış. Gerçekten de, çok zehirli sodyum kanal engelleyici Tetradotoksin perfüzyon çalışmaları başarılı bir şekilde uygulanabilir. Son olarak, perfüzyon modelinde bu doğrudan nerede gut belirli bir bileşik bir bazı hormon salgılanmasını araştırmacı sadece seçin ve istenen bölge sıvı için hazırlamak ve aynı zamanda bunun araştırılması gibi harekete geçirir tespit edilebilir olup olmadığını bir uyarıcı salgı moleküler sensörler etkinleştirme tarafından bağırsak3,15,16luminal veya vasküler taraftan neden olur.
Temel gut hormonu salgılanması da tarafından okudu salgı mekanizmaları (insan dokusu da dahil olmak üzere), gut doku parçaları (fare ve insan kaynaklı), hücre satırlarını salgılayan gut tarafından ölümsüzleştirilmiş birincil bağırsak kültürler (genellikle fareler), hormon kullanın. doku Ussing odaları ya da organoids (her ikisi de genellikle fareler)2,3,4,5,6,17,18monte. Bağırsak perfusions göre insan gut parçaları, birincil hücre kültürleri ve hücre hatları çalışmalar gerçekleştirmek teknik olarak daha kolay ve veri üreten bir daha hızlı ve daha ucuz yolu vardır ama tabii çalışma gut adet taze insan gut erişmesi numuneler. Ancak, bu modelleri bağırsak normal hücre kutuplaşma bu modeller moleküler sensörlerin normal harekete geçirmek değerlendirmek için kullanılamaz ve emme süreçleri de okudu değil doğal olarak kaybolur. Ayrıca, bu tür çalışmalar genellikle statik incubations istihdam (için birkaç saat kadar) olan son derece fizyolojik olmayan ve salgılanan ürün kaldırılmaz ve böylece geribildirim etkileyebilir çünkü hücrelerin normal salgı dinamikleri ile ilgisi yok hormonların salgılanmasını. İçinde emme ve salgı normal bir hızla oluşan bu yüzden transmucosal degradeler korunur sağlamak vivo, oldukları gibi buna ek olarak, perfused bağırsaklarda salgılanan ve absorbe molekülleri verimli Mukozal mikro tarafından kaldırılır. Ayrıca, hücre kültürlerinde hala rağmen onlar artık temsilcisi peptid içeriği açısından yerel hücre ve moleküler sensörler, ifade vardır anlamına gelir onların yerli enteroendocrine hücre arterin dedifferentiated söz konusu hormon salgılar. Bu, örneğin, GLP-1 salgılayan hücre hatları19böyledir.
Bu nedenle, birincil hücre kültürleri veya hücre çalışmaları çizgi bize göre en uygun amaçlar süzmek için ve gerçekleştirilen vivo içinde olamaz türleri deneyler gerçekleştirmek için veya izole perfused gut olduğunu. Örneğin, birincil hücre ve hücre satırı kültürler gerçek gücünü o intra hücresel ikincil olduğunu peygamberler (örneğin Ca2 +, kamp, NAD(P)H) gerçek zamanlı olarak izlenen ve elektrik hücreleri salgılayan hormon sinyal olabilir 20,21,22araştırıldı. Buna ek olarak, belirli inhibitörleri mevcut20,21,22,23,24değilseniz özellikle yararlı olan siRNA nakavt yapılabilir. Fareler Ussing odasında monte bağırsak dokusundan son zamanlarda kullanılan moleküler mekanizmaları safra asidi uyarılmış GLP-1 salgılanması ise bağırsak organoids (dan fareler) temel eğitim için ve insan gut parçaları da kullanılmıştır çalışmak için gut hormon salgısı17,25moleküler ayrıntıları. Oysa olmaktan eski faydaları2 polarize tümü bu modellerin statik incubations ilgilidir. Çalışmalar insan gut parçalar üzerinde ancak, doku ifade 7TM reseptörlerinin türler fark beri önemli olan insan yerine, kemirgen, doku kullanarak yararlı ve moleküler taşıyıcı farklı moleküler algılama yolları arasında neden olabilir bir tür. Aslında, bu alanda en çok veri domuz, fare ya da sıçan çalışmalar tarafından üretilen ve bu bulgular insanlar için transfer edilebilir zor kalır. Ancak, glikoz uyarılmış GLP-1 salgı altında yatan moleküler algılama mekanizmaları arasında fare, sıçan, adam, benzer gibi görünen güven verici olduğunu ve transcriptomic ve peptidomic fare ve insan L-hücreleri profil oluşturma ortaya güçlü küresel iki tür7,18,26,27arasındaki benzerlikler.
İzole sıçan periosteum ince bağırsak, ancak, aynı zamanda düşünülmesi gereken bazı sınırlamalar vardır. En önemlisi, bu olup olmadığını belirli bir salgı yanıt sonuçları hedeflenen hormon üreten hücrelerin test madde tarafından doğrudan harekete geçirmek ya da daha doğrusu dolaylı bir mekanizma tarafından neden belirlemek mümkün değildir. Örneğin, KCl anında perfused bağırsak7GLP-1 salgısı artar ama bu L hücrenin doğrudan depolarizasyon sonucu veya depolarizasyon nöronların L-hücreleri yakın veya etkileri sonuçları bilinmeyen kalır aynı anda parakrin uyarıcılar/inhibitörleri piyasaya. Veri olan salgı temel moleküler mekanizmaları aydınlatmak için amacı perfused bağırsak kullanarak çalışmalardan doğan bu nedenle, her zaman bağlam içine kurmak için yeteneğini artırmak için daha özel diğer modellerden elde edilen verilerle konması nedensellik. Örneğin, glikoz uyarılmış GLP-1 salgı GLP-1 secreting hücre kültürünü GLUTag28,29 ve birincil fare L-hücreleri glikoz taşıyıcı (SGLT1 ve GLUT2) faaliyete bağlıdır. Bu taşıyıcı periosteum sıçan küçük bağırsak engelleme salgı20glikoz uyarılmış GLP-1 salgılanması büyük ölçüde glikoz L-hücre üzerinde doğrudan eylemler tarafından aracılık ettiği olasılığı anlamına gelir, zayıflar. Başka bir önemli izole perfused bağırsak lipidler bazıları kendi hydrophobicity nedeniyle çalışma zordur kısıtlamasıdır. Son ürünler lipid sindirim (yağ asitleri, diacyl glycerols, lysophosphatidylglycerols, vb) araştırmak mümkündür ancak ve hazırlık lipidler intra cellularly ve belki de yeniden esterify ancak onları içine paketi silomikron, silomikron hücreleri ve onların sonraki alımı villus lacteals tarafından taşınması bozulur, izole gut lenf akışında güvenli olamaz beri. Hücrelerinde birikir absorbe ürünleri başladıktan sonra büyük olasılıkla, bu nedenle, lipid emme durdurulur. İn vitro hücre sistemleri kutuplaşma onların eksikliği nedeniyle daha az lipid çalışmalar için uygundur. Açıkçası, bu kısıtlama sadece emilir ve lacteals yolu ile taşınan lipidler için geçerlidir, bu bağırsak kan damarları yolu ile absorbe ise normal olarak ele alınması muhtemeldir.
İzole sıçan periosteum ince bağırsak dinamikleri ve moleküler mekanizmaları gut hormonu salgılanması ayrıntılı olarak incelenecektir için temel sağlayan bir güçlü araştırma araçtır. Bu modeli ile veri başarılı üretim için en önemli adım cerrahi işlemdir. Gut kullanımı kaçınılmaz olarak bazı bağırsak zarar ve bu nedenle mutlak bir minimum tutulmalıdır. Daha da önemlisi, işlem hızı, Mezenterik arter kateter yerleştirme süre açısından özellikle anahtarıdır. Bizim deneyim ka…
The authors have nothing to disclose.
Bu eser tarafından sınırsız ödenekle Prof. Dr. Jens Juul Holst Novo Nordisk Merkezi’nden temel metabolik araştırma (Novo Nordisk Vakfı, Danimarka), Novo Nordisk Vakfı (Hayır ver. kemirgen perfüzyon çalışmaları yapmak için ayrı bir hibe için desteklenen NNF15OC0016574), Avrupa Araştırma Konseyi (Grant no.695069) ve theEuropean Birliği’nden Prof. Holst için bir hibe yanı sıra bir doktora sonrası araştırma, TechnologicalDevelopment ve gösteri faaliyetleri (Grant No. 266408) yedinci Çerçeve Programı’nın Rune E. Kuhre için Lundbeck Vakfı’ndan (R264-2017-3492) verin. Biz Jenna E. Hunt ve Carolyn F. Deacon dikkatli proofreading için teşekkür ederim.
Chemicals for perfusion buffer | |||
Bovine serum albumin (BSA) | Merck | 1.12018.0500 | |
Calcium chloride dihydrate (CaCl2 x 2 H2O) | Merck | 102382 | |
Dextran 70 | Pharmacosmos | 40014 | |
Fumaric acid disodium salt (C4H2Na2O4) | Sigma Aldrich | F9642 | |
Glucose (C6H12O6) | Merck | 108342 | |
Magnesium sulfate hepatahydrate (MgSO4) | Merck | 105886 | |
Potasium chloride (KCl) | Merck | 104936 | |
Potassium dihydrogen phosphate (KH2PO4) | Merck | 104873 | |
Pyruvic acid sodium salt (C3H3NaO4) | Merck | 106619 | |
Sodium bicarbonate (NaHCO3) | Merck | ||
Sodium chloride (NaCl) | Merck | 106404 | |
Sodium L-glutamate monohydrate (C5H8NNaO4 x H2O) | Merck | 106445 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Perfusion equitment | |||
Universial perfusion system | Harvard Bioscience, Inc. | 732316 | |
BASIC UNIT UNIPER UP-100, TYPE 834 | Harvard Bioscience, Inc. | ||
Roller Pump, with four channels | Harvard Bioscience, Inc. | 730100 | |
Windkessel | Harvard Bioscience, Inc. | 732068 | |
Thermostatic Circulator,Bath Volume 3L, 230V/50Hz | Harvard Bioscience, Inc. | 730125 | |
Operating table, heated on tripod stand, type 873 | Harvard Bioscience, Inc. | 733776 | |
Cannula with basked, OD= 2.0mm, ID= 1.0mm | Harvard Bioscience, Inc. | 733313 |