ניתוח מועיל אפקטים של תוספי תזונה על פונקציות מעיים אפיתל מכשול במהלך ניסיוני קוליטיס
Summary
טיפולים עכשוויים של מחלות מעי דלקתיות (IBD) מכוונים להקל תסמיני מחלה אך הוא עשוי לגרום לתופעות לוואי חמורות. לכן, אסטרטגיות חלופיות נחקרות במודלי קוליטיס חיה. הנה, נסביר כיצד את ההשפעות המיטיבות של תוספי תזונה על סימנים קליניים IBD מנותחים כגון מודל קוליטיס.
Abstract
מחלות מעי דלקתיות (IBD), כולל מחלת קרוהן וקוליטיס כיבית, הן הפרעות relapsing כרונית של המעיים. הם לגרום לבעיות חמורות, כגון התכווצויות בבטן, שלשול דמי, וירידה במשקל, בקרב אנשים מושפעים. למרבה הצער, אין תרופה עדיין, וטיפולים רק שואפים להקל על התסמינים. טיפולים שוטפים כוללים תרופות אנטי דלקתיות אימונוסופרסיבי שעשויות לגרום לתופעות לוואי חמורות. זה מצדיק את החיפוש אחר אפשרויות טיפול אלטרנטיביות, כגון תוספי תזונה, כי לא לגרום לתופעות לוואי. לפני היישום שלהם במחקרים קליניים, תרכובות כאלה חייבים להיבדק בקפדנות עבור יעילות וביטחון במודלים של בעלי חיים. דגם ניסיוני אמין הוא נתרן גופרתי dextran (DSS) מודל קוליטיס בעכברים, אשר מתרבה רבי הסימנים הקליניים של קוליטיס כיבתה בבני אדם. לאחרונה הוחל במודל זה כדי לבחון את ההשפעות המיטיבות של תוסף תזונה המכילויטמינים C ו- E, L-arginine, וחומצות שומן רב בלתי רווי-ω3 (PUFA). ניתחנו פרמטרים מחלה שונים ומצאו כי תוספת זו הצליח לשפר היווצרות בצקת, נזק לרקמות, חדירת לויקוציטים, עקה חמצונית, ואת הייצור של ציטוקינים פרו-דלקתיים, שמוביל שיפור כללי במדד פעילות המחלה. במאמר זה, נסביר בפירוט את היישום הנכון של תוספי תזונה באמצעות מודל קוליטיס DSS C57BL / 6 עכברים, כמו גם כיצד פרמטרים המחלה כגון היסטולוגיה, סטרס חמצוני, ודלקת מוערכים. ניתוח ההשפעות המיטיבות של תוספי תזונה שונים עשוי אז בסופו של דבר לפתוח אפיקים חדשים לפיתוח אסטרטגיות טיפול אלטרנטיביים כי להקל על תסמיני IBD ו / או כי להאריך את השלבים כפרה בלי לגרום לתופעות לוואי חמורות.
Introduction
קוליטיס היא מצב דלקתי של המעי הגס שיכול לגרום שלשולים וכאבי בטן. קוליטיס יכולה להיות חריפה, בתגובה לזיהום או ללחץ, או שזה יכול להתפתח מחלה כרונית, כגון קוליטיס כיבית (UC), השייכת לקבוצת מחלות מעי דלקתיות (IBD). למרות הסימנים הקליניים של UC תוארו היטב, בפתוגנזה עדיין לא ידוע ולא מובן 1. מקובל בין מומחי UC היא מחלה מולטיפקטוריאלית, עם מוטציות גנטיות ותגובות חיסון סוטות משחקת תפקיד מרכזי 2. עם זאת, גורמים סביבתיים, כגון סגנון החיים והתזונה, גם לתרום להתפתחות המחלה והתקדמות 3.
למרבה הצער, IBD אינה ניתנת לריפוי, אך ישנן אפשרויות טיפול רבות שמטרתן להקל על סימפטומים קליניים. טיפולים שוטפים כוללים תרופות אנטי דלקתיות, כגון sulfasalazine ו סטרואידים; כשמה כן היא, כמו azathioפריין; נוגדנים חד שבטיים כי ציטוקינים פרו-דלקתיים ללכוד, כגון-α tumor necrosis factor (TNF-α), או מולקולות הדבקה לחסום, כגון integrins, להפחית גיוס לויקוציטים מוגזם; ומעכבים כי למקד קינאזות המפעילות מסלולים פרו-דלקתיים, כגון קינאז יאנוס (JAK) 4. לא כל המטופלים מגיבים לכל הטיפולים, כך אסטרטגיות טיפוליות חייבות להיות אינדיבידואלי 5. יתר על כן, רוב התרופות טיפוליות אלו להפריע במטבוליזם תגובות חיסוניות, לעתים קרובות גורמים לתופעות לוואי חמורות. מסיבה זו, נחקרו אפשרויות טיפול אלטרנטיביות.
טיפולים אלטרנטיביים לכלול פרוביוטיקה ותוספי תזונה, אשר הוחלו במודלים של בעלי חיים וניסויים קליניים עם רמות שונות של הצלחה 6,7. מצאנו לאחרונה כי היישום של תוספי תזונה יחידים שונים, כגון ויטמינים אנטי-חמצונים או ω3-רב בלתי רוויות וחומצות שומן (PUFAs), הוא נחות היישום של שילוב של תוספים כאלה בהקלת קוליטיס הסימפטומים למחלה קרדיווסקולרית 8,9. מחקרים אלו בוצעו בעכברים, כך מחקרים קליניים חייבות להתבצע בבני אדם כדי לקבוע האם ממצאים אלו יחולו גם על בני אדם. לפני מחקרים קליניים מבוצעים, את היעילות והבטיחות של אפשרויות טיפול חדשות יש לבחון אותה במודלים של בעלי חיים.
עבור IBD, נתרן גופרתי dextran (DSS) מודל כבר בשימוש נרחב כדי לחקור את המנגנונים של התפתחות המחלה ואת ההשפעות החיוביות של תרופות ותוספי תזונה 6,10. במרבית המחקרים, רק מחלה חריפה על פני פרק זמן של שבעה ימים מושרים; בכל זאת, הסימנים הקליניים בניסויים בבעלי חיים אלה דומים לאלה שנצפו בחולים במחלות מעי דלקתיות (כלומר, שלשול דמי, ירידה במשקל, חוסר תפקוד אפיתל, וחדירה תא החיסון) 10. DSS גורם ארוזיות הרירית,וכתוצאה מכך תפקוד מחסום בחדירות אפיתל במעי מוגבר 11. המנגנון המדויק אינו ידוע. עם זאת, מחקר חדש כי DSS אינטראקציה עם שרשרת חומצות שומן באורך בינוני כדי ליצור ננו-lipocomplexes כי הם מסוגלים להיכנס לתאי האפיתל וכדי לגרום אותות דלקתיים מסלולי 12. במאמר זה נתאר בפירוט כיצד קוליטיס מושרה ונותח בעכברים, איך תזונתי תוספים מוחל על ידי gavage כדי להבטיח מינון קבוע כל חיה, ואיך את ההשפעות של תוספים כאלה על סימפטומים קוליטיס שונים נבחנות.
Protocol
Representative Results
Discussion
על מנת להשתמש תוספי תזונה במחקרים קליניים, את היתרונות והבטיחות של תוספים כאלה יש להעריך בזהירות in vivo במחקרים בבעלי חיים. במקרה של קוליטיס, מספר דגמים בעלי חיים מתאימים דומות הסימנים הקליניים של מחלת מעי דלקתי הוקמו, כוללים מודלים כימיים באמצעות DSS, TNBS, או חומצה א…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי תרומות של המועצה מקסיקני למדע וטכנולוגיה (Conacyt, 207,268 ו 233,395 למיכאל שנור). KFCO היא כלת מלגה Conacyt (396,260) כדי להשיג תואר MSc.
Materials
| 0.3% of gelatin | Bioxon | 158 | |
| 10% formaldehyde | J.T. Baker | 2106-03 | |
| 96-well plate with flat bottom | Corning | 3368 | |
| Absolute ethanol | J.T. Baker | 9000-03 | |
| Absolute xylene | J.T. Baker | 9490-03 | |
| ABTS | Sigma Aldrich | H5882 | |
| Bovine Serum Albumin | Sigma-Aldrich | 9048-46-8 | |
| ColoScreen | Helena Laboratories | 5072 | |
| Corabion (Kindly provided by Merck, Naucalpan, Mexico) | Merck | ||
| Dextran Sulfate Sodium Salt | Affymetrix | 9011-18-1 | (M.W. 40,000-50,000) |
| Dihydroethidium | Life Technology | D11347 | |
| Eosin-Y | J.T. Baker | L087-03 | |
| Evans blue | Sigma-Aldrich | 314-13-6 | |
| Feeding needle | Cadence Science Inc. | 9921 | |
| Glass slide rack with handle | Electron Microscopy | 70312-16 | |
| Glass Slides | Corning | 2947 | |
| Harris hematoxylin | Sigma-Aldrich | H3136 | |
| Hexadecyltrimethyammonium (HTAB) | Sigma Aldrich | H6269 | |
| Histosette (Embedding cassette) | Simport | M498.2 | |
| Hydrochloric acid 1 M | J.T. Baker | 9535-62 | |
| Hydrogen peroxide | Sigma Aldrich | H3410 | |
| Ketamine | PiSA Agropecuaria | Q-7833-028 | |
| Liquid paraffin | Paraplast | 39501-006 | |
| Lithium carbonate | Sigma-Aldrich | 2362 | |
| N,N-dimethylformamide | J.T. Baker | 68-12-2 | |
| N-acetylcysteine | Sigma-Aldrich | A9165 | |
| Plastic cubes | Electron Microscopy | 70181 | |
| Poly-L-Lysine Solution | Sigma-Aldrich | 25988-63-0 | |
| Prism 5 statistical software | GraphPad Software | Prism 5 | |
| Saline Solution 0.9% NaCl | CS PiSA | Q-7833-009 | |
| Sodium citrate | Sigma-Aldrich | W302600 | |
| Synthetic resin | Poly Mont | 7987 | |
| Taq DNA polymerase | Invitrogen | 11615-010 | |
| Tissue-tek. O.C.T Compound | Sakura Finetek | 4583 | |
| Tuberculine Syringe | BD Plastipak | 305945 | |
| Tween 20 | Sigma-Aldrich | 9005-64-5 | |
| VECTASHIELD Antifade Mounting Medium with DAPI | Vector Laboratories | H-1200 | |
| Xylazine | PiSA Agropecuaria | Q-7833-099 |
Riferimenti
- Souza, H. S., Fiocchi, C. Immunopathogenesis of IBD: current state of the art. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 13, 13-27 (2016).
- Xavier, R. J., Podolsky, D. K. Unravelling the pathogenesis of inflammatory bowel disease. Nature. 448, 427-434 (2007).
- Neuman, M. G., Nanau, R. M. Inflammatory bowel disease: role of diet, microbiota, life style. Transl Res. 160, 29-44 (2011).
- Lowenberg, M., D’Haens, G. Next-Generation Therapeutics for IBD. Current Gastroenterol Rep. 17, 21 (2015).
- Bernstein, C. N. Does everyone with inflammatory bowel disease need to be treated with combination therapy. Curr Opin Gastroenterol. , (2016).
- Nanau, R. M., Neuman, M. G. Nutritional and probiotic supplementation in colitis models. Dig Dis Sci. 57, 2786-2810 (2012).
- Yamamoto, T. Nutrition and diet in inflammatory bowel disease. Curr Opin Gastroenterol. 29, 216-221 (2013).
- Vargas Robles, H., et al. Experimental Colitis Is Attenuated by Cardioprotective Diet Supplementation That Reduces Oxidative Stress, Inflammation, and Mucosal Damage. Ox Med Cell Longev. , 8473242 (2016).
- Vargas-Robles, H., Rios, A., Arellano-Mendoza, M., Escalante, B. A., Schnoor, M. Antioxidative diet supplementation reverses high-fat diet-induced increases of cardiovascular risk factors in mice. Ox Med Cell Longev. 2015, 467471 (2015).
- Perse, M., Cerar, A. Dextran sodium sulphate colitis mouse model: traps and tricks. J Biomed Biotechnol. 2012, 718617 (2012).
- Chassaing, B., Aitken, J. D., Malleshappa, M., Vijay-Kumar, M. Dextran sulfate sodium (DSS)-induced colitis in mice. Curr. Protoc. Immunol. 104, 25 (2014).
- Laroui, H., et al. Dextran sodium sulfate (DSS) induces colitis in mice by forming nano-lipocomplexes with medium-chain-length fatty acids in the colon. PLoS One. 7, 32084 (2009).
- Mennigen, R., et al. Probiotic mixture VSL#3 protects the epithelial barrier by maintaining tight junction protein expression and preventing apoptosis in a murine model of colitis. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 296, 1140-1149 (2009).
- Park, C. M., Reid, P. E., Walker, D. C., MacPherson, B. R. A simple, practical ‘swiss roll’ method of preparing tissues for paraffin or methacrylate embedding. J Microsc. 145, 115-120 (1987).
- Shen, W., Gaskins, H. R., McIntosh, M. K. Influence of dietary fat on intestinal microbes, inflammation, barrier function and metabolic outcomes. J Nutr Biochem. , (2013).
- Bruewer, M., et al. Interferon-gamma induces internalization of epithelial tight junction proteins via a macropinocytosis-like process. FASEB J. 19, 923-933 (2005).
- Fournier, B. M., Parkos, C. A. The role of neutrophils during intestinal inflammation. Muc Immunol. 5, 354-366 (2012).
- Yan, Y., et al. Temporal and spatial analysis of clinical and molecular parameters in dextran sodium sulfate induced colitis. PLoS One. 4, 6073 (2009).
- Maxwell, J. R., Viney, J. L. Overview of mouse models of inflammatory bowel disease and their use in drug discovery. Curr Prot Pharmacol, S.J. Enna. , (2009).
- Ostanin, D. V., et al. T cell transfer model of chronic colitis: concepts, considerations, and tricks of the trade. Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. 296, 135-146 (2009).
- Randhawa, P. K., Singh, K., Singh, N., Jaggi, A. S. A review on chemical-induced inflammatory bowel disease models in rodents. Kor J Physiol Pharmacol. 18, 279-288 (2014).
- Whittem, C. G., Williams, A. D., Williams, C. S. Murine Colitis modeling using Dextran Sulfate Sodium (DSS). JoVE. , (2010).
- Wirtz, S., Neufert, C., Weigmann, B., Neurath, M. F. Chemically induced mouse models of intestinal inflammation. Nat Prot. 2, 541-546 (2007).
- Naydenov, N. G., et al. Nonmuscle Myosin IIA Regulates Intestinal Epithelial Barrier in vivo and Plays a Protective Role During Experimental Colitis. Sci Rep. 6, 24161 (2016).
- Sumagin, R., Robin, A. Z., Nusrat, A., Parkos, C. A. Transmigrated neutrophils in the intestinal lumen engage ICAM-1 to regulate the epithelial barrier and neutrophil recruitment. Muc Immunol. 7, 905-915 (2014).
- Laukoetter, M. G., et al. JAM-A regulates permeability and inflammation in the intestine in vivo. J Exp Med. 204, 3067-3076 (2007).
- Viennois, E., Chen, F., Laroui, H., Baker, M. T., Merlin, D. Dextran sodium sulfate inhibits the activities of both polymerase and reverse transcriptase: lithium chloride purification, a rapid and efficient technique to purify RNA. BMC Res Notes. 6, 360 (2013).
