Summary

Entrega intracerebroventricular de metabólitos microbianos derivados do intestino em camundongos em movimento livre

Published: June 02, 2022
doi:

Summary

Os metabólitos microbianos derivados do intestino têm efeitos multifacetados, levando a um comportamento complexo em animais. Nosso objetivo é fornecer um método passo-a-passo para delinear os efeitos dos metabólitos microbianos derivados do intestino no cérebro através da entrega intracerebroventricular através de uma cânula guia.

Abstract

O impacto da microbiota intestinal e seus metabólitos na fisiologia e no comportamento do hospedeiro tem sido extensivamente investigado nesta década. Numerosos estudos revelaram que os metabólitos derivados da microbiota intestinal modulam as funções fisiológicas mediadas pelo cérebro através de intrincadas vias intestino-cérebro no hospedeiro. Os ácidos graxos de cadeia curta (AGCC) são os principais metabólitos derivados de bactérias produzidos durante a fermentação de fibras alimentares pelo microbioma intestinal. Os AGCCs secretados do intestino podem atuar em vários locais da periferia, afetando as respostas imunológicas, endócrinas e neurais devido à vasta distribuição de receptores SCFAs. Portanto, é um desafio diferenciar os efeitos centrais e periféricos dos AGCCs por meio da administração oral e intraperitoneal de AGCC. Este artigo apresenta um método baseado em vídeo para interrogar o papel funcional dos AGCCs no cérebro através de uma cânula guia em camundongos em movimento livre. A quantidade e o tipo de AGCCs no cérebro podem ser ajustados controlando o volume e a taxa de infusão. Este método pode fornecer aos cientistas uma maneira de apreciar o papel dos metabólitos derivados do intestino no cérebro.

Introduction

O trato gastrointestinal humano abriga diversos microrganismos que impactam o hospedeiro 1,2,3. Essas bactérias intestinais podem secretar metabólitos derivados do intestino durante a utilização de componentes dietéticos consumidos pelo hospedeiro 4,5. Curiosamente, os metabólitos intestinais não metabolizados na periferia podem ser transportados para outros órgãos via circulação6. Vale ressaltar que esses metabólitos secretados podem servir como mediadores para o eixo intestino-cérebro, definido como a comunicação bidirecional entre o sistema nervoso central e o intestino7. Estudos prévios mostraram que metabólitos derivados do intestino podem modular o comportamento complexo e a emoção em animais 8,9,10,11.

Os ácidos graxos de cadeia curta (AGCC) são os principais metabólitos produzidos pela microbiota intestinal durante a fermentação de fibras alimentares e carboidratos indigestos6. Acetato, propionato e butirato são os AGCCs mais abundantes no intestino12. Os AGCCs servem como fonte de energia para as células do trato gastrointestinal. AGCCs não metabolizados no intestino podem ser transportados para o cérebro através da veia porta, modulando assim o cérebro e o comportamento 6,12. Estudos prévios sugeriram que os AGCCs podem desempenhar um papel crítico nos transtornos neuropsiquiátricos 6,12. Por exemplo, a injeção intraperitoneal de butirato em camundongos BTBR T+ Itpr3tf/J (BTBR), um modelo animal de transtorno do espectro autista (TEA), resgatou seus déficits sociais13. Ratos tratados com antibióticos que receberam microbiota de indivíduos depressivos mostraram um aumento nos comportamentos semelhantes à ansiedade e nos AGCCs fecais14. Clinicamente, alterações nos níveis de AGCCs fecais foram observadas em pessoas com TEA em comparação com controles com desenvolvimento típico15,16. Pessoas com depressão apresentam níveis mais baixos de AGCCs fecais do que indivíduos saudáveis17,18. Esses estudos sugeriram que os AGCCs podem alterar o comportamento em animais e humanos através de várias rotas.

Os metabólitos microbianos exercem diversos efeitos em múltiplos locais do corpo, impactando a fisiologia e os comportamentos do hospedeiro 4,19, incluindo o trato gastrointestinal, o nervo vago e o nervo simpático. É difícil identificar o papel preciso dos metabólitos derivados do intestino no cérebro ao administrar os metabólitos por vias periféricas. Este trabalho apresenta um protocolo baseado em vídeo para investigar os efeitos de metabólitos derivados do intestino no cérebro de um rato em movimento livre (Figura 1). Mostramos que os AGCCs poderiam ser administrados agudamente através da cânula-guia durante os testes comportamentais. O tipo, o volume e a taxa de infusão de metabólitos podem ser modificados dependendo da finalidade. O local da canulização pode ser ajustado para explorar o impacto dos metabólitos intestinais em uma região específica do cérebro. Nosso objetivo é fornecer aos cientistas um método para explorar o impacto potencial dos metabólitos microbianos derivados do intestino no cérebro e no comportamento.

Protocol

Todos os protocolos experimentais e os cuidados com os animais foram aprovados pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais (IACUC) da Universidade Nacional de Cheng Kung (NCKU). 1. Preparação para o animal experimental Obtenha camundongos machos C57BL/6JNarl do tipo selvagem de 6 a 8 semanas de idade de um fornecedor. Coloque os ratos em uma gaiola de rato padrão com ração de rato padrão e água esterilizada ad libitum.NOTA: A…

Representative Results

O camundongo foi infundido com AGCCs 1 semana após a recuperação do implante da cânula-guia para avaliar a atividade locomotora em uma nova gaiola. O camundongo foi colocado em uma nova gaiola e infundido com 2.100 nL de AGCCs ou ACSF nos primeiros 5 minutos (taxa de entrega de 7 nL/s) no cérebro através da cânula guia comercial implantada no ventrículo lateral do cérebro. A atividade locomotora em uma nova gaiola foi registrada por mais 30 minutos após a infusão. Não foi observada diferença na atividade loc…

Discussion

Metabólitos derivados do intestino têm sido associados a doenças mediadas pelo cérebro sem muito mecanismo preciso, em parte devido aos seus múltiplos sítios de ligação no organismo 6,12,24. Relatos anteriores indicaram que os AGCCs poderiam servir como ligantes para receptores acoplados à proteína G, reguladores epigenéticos e fontes de produção de energia em múltiplos locais do organismo <…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Reconhecemos a equipe do Centro de Animais de Laboratório da Universidade Nacional de Cheng Kung (NCKU) por cuidar dos animais. Este trabalho foi apoiado pela bolsa de estudos do Prof. Kun-Yen Huang Education Fund da CHENG-HSING Medical Foundation para C.-W.L.; os fundos do Ministério da Ciência e Tecnologia (MOST) em Taiwan: (Iniciação Científica MOST 109-2813-C-006-095-B) para T.-H.Y.; (MAIS 107-2320-B-006-072-MY3; 109-2314-B-006-046; 110-2314-B-006-114; 110-2320-B-006-018-MY3) a W.-L.W.; e o Projeto Sprout de Ensino Superior, do Ministério da Educação para a Sede do Avanço Universitário na NCKU para W.-L.W.

Materials

Material
Advil Liqui-Gels Solubilized Ibuprofen A2:D41 Pfizer n/a
Alexa Fluor 488 donkey anti-rabbit ThermoFisher Scientific A-21206
Anti-Fluorescent Gold (rabbit polyclonal) Millipore AB153-I
Bottle Top Vacuum Filter, 500 mL, 0.22 μm, PES, Sterile NEST 121921LA01
CaCl2  Sigma-Aldrich C1016 ACSF: 0.14 g/L
Chlorhexidine scrub 2% Phoenix NDC 57319-611-09
Chlorhexidine solution Phoenix NDC 57319-599-09
Commercial dummy RWD Life Science 62004 Single_OD 0.20 mm/ M3.5/G = 0.5 mm
Commercial guide cannul RWD Life Science 62104 Single_OD 0.41 mm-27G/ M3.5/C = 2.5 mm 
Commercial injector RWD Life Science 62204 Single_OD 0.21 mm-33G/ Mates with M3.5/C = 3.5 mm/G = 0.5 mm
D-(+)-Glucose Sigma-Aldrich G8270 ACSF: 0.61 g/L
Dental acrylic HYGENIC n/a
Fixing screws RWD Life Science 62521
Fluoroshield mounting medium with DAPI Abcam AB104139
Horse serum ThermoFisher Scientific 16050130
Insulin syringes BBraun XG-LBB-9151133S-1BX 1 mL
Isoflurane  Panion & BF biotech DG-4900-250D
KCl  Sigma-Aldrich P3911 ACSF: 0.19 g/L
Ketoprofen  Swiss Pharmaceutical n/a
Lidocaine  AstraZeneca n/a
Low melting point agarose Invitrogen 16520
MgCl2  Sigma-Aldrich M8266 ACSF: 0.19 g/L
Microscope cover slips MARIENFELD 101242
Microscope slides ThermoFisher Scientific 4951PLUS-001E
Mineral oil light, white NF Macron Fine Chemicals MA-6358-04
NaCl  Sigma-Aldrich S9888 ACSF: 7.46 g/L
NaH2PO4  Sigma-Aldrich S8282 ACSF: 0.18 g/L
NaHCO3  Sigma-Aldrich S5761 ACSF: 1.76 g/L
n-butyl cyanoacrylate adhesive (tissue adhesive glue) 3M 1469SB 3M Vetbond
Neural tracer  Santa Cruz SC-358883 FluoroGold
Paraformaldehyde Sigma-Aldrich P6148
Polyethylene tube RWD Life Science 62329 OD 1.50, I.D 0.50 mm and OD 1.09, I.D 0.38 mm
Puralube Vet (eye) Ointment Dechra  12920060
Sodium acetate  Sigma-Aldrich S2889 SCFAs: 13.5 mM
Sodium azide  Sigma-Aldrich S2002
Sodium butyrate  Sigma-Aldrich B5887 SCFAs: 8 mM
Sodium propionate  Sigma-Aldrich P1880 SCFAs: 5.18 mM
Stainless guide cannula Chun Ta stainless steel enterprise CO., LTD. n/a OD 0.63 mm; Local vendor
Stainless injector Chun Ta stainless steel enterprise CO., LTD. n/a OD 0.3 mm; dummy is made from injector; local vendor
Superglue Krazy Glue KG94548R
Triton X-100 Merck 1.08603.1000
Equipment
Cannula holder RWD Life Science B485-68217
Ceiling camera FOSCAM R2
Digital stereotaxic instruments Stoelting 51730D
Dissecting microscope INNOVIEW SEM-HT/TW
Glass Bead Sterilizer RWD Life Science RS1501
Heating pad Stoelting 53800M
Leica microscope  Leica DM2500
Micro Dissecting Forceps ROBOZ RS-5136 Serrated, Slight Curve; Extra Delicate; 0.5mm Tip Width; 4" Length 
Micro Dissecting Scissors ROBOZ RS-5918 4.5" Angled Sharp
Microinjection controller World Precision Instruments (WPI) MICRO2T SMARTouch Controller
Microinjection syringe pump World Precision Instruments (WPI) UMP3T-1 UltraMicroPump3  
Microliter syringe Hamilton 80014 10 µL
Optical Fiber Cold Light with double Fiber Step LGY-150 Local vendor
Pet trimmer WAHL 09962-2018
Vaporiser for Isoflurane Step AS-01 Local vendor
Vibratome Leica VT1000S
Software
Animal behavior video tracking software Noldus EthoVision Version: 15.0.1416
Leica Application Suite X software Leica LASX Version: 3.7.2.22383

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check_url/fr/63972?article_type=t

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Citer Cet Article
Liou, C., Yao, T., Wu, W. Intracerebroventricular Delivery of Gut-Derived Microbial Metabolites in Freely Moving Mice. J. Vis. Exp. (184), e63972, doi:10.3791/63972 (2022).

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