Een In Vivo -methode voor het uitrekenen van de Gut-bloed barrière en lever metabolisme van Microbiota producten
Summary
De toegang van voedingsstoffen, microbiota metabolieten en medicijnen voor het verkeer wordt geregeld door de darm-bloed-barrière (GBB). Beschrijven we een directe methode voor het meten van de GBB permeabiliteit in vivo, die, in tegenstelling tot veelgebruikte indirecte methoden, wordt vrijwel niet beïnvloed door de functies van lever en nieren.
Abstract
De gut-bloed-barrière (GBB) regelt de overgang van voedingsstoffen, bacteriële metabolieten en drugs van intestinale lumen naar de bloedbaan. De GBB integriteit wordt verstoord in de gastro-intestinale, cardiovasculaire en metabole ziekten, wat leiden gemakkelijkere toegang van biologisch actieve stoffen, zoals darm bacteriële metabolieten, naar de bloedbaan tot kunnen. Dus, de doorlaatbaarheid van de GBB mogelijk een marker van zowel de extraintestinal als de intestinale ziekten. Bovendien, de toegenomen penetratie van bacteriële metabolieten invloed kan zijn op de werking van het hele organisme.
Veelgebruikte methoden voor het bestuderen van de permeabiliteit van de GBB zijn uitgevoerde ex vivo. De nauwkeurigheid van deze methoden is beperkt, omdat de werking van de GBB afhangt van intestinale bloedstroom. Aan de andere kant, gebruikte in vivo methoden kunnen worden beïnvloed door lever en nier prestaties, omdat deze methoden gebaseerd zijn op de evaluatie van urine of / en perifeer bloed concentraties van exogene markers. Hier presenteren we een directe meting van de permeabiliteit van de GBB in ratten met behulp van een in vivo methode gebaseerd op portal bloed bemonstering, die intestinale bloedstroom behoudt en wordt vrijwel niet beïnvloed door de lever en de nier functie.
Polyurethaan katheters worden ingevoegd in de ader van de portal en vena cava inferior net boven de hepatische veins samenvloeiing. Bloed is bemonsterd op basislijn en na toediening van een geselecteerde markering in een gewenste gedeelte van het maag-darmkanaal. Hier presenteren we enkele toepassingen van de methode met inbegrip van (1) evaluatie van de permeabiliteit van de dikke darm TMA, gut bacteriële metaboliet, (2) evaluatie van lever Goedkeuringvande TMA, en (3) evaluatie van een gut-portaal bloed-lever-perifere bloed weg voor gut bacteriën-afgeleide korte keten vetzuren. Bovendien kan het protocol ook worden gebruikt voor het bijhouden van de intestinale absorptie en lever metabolisme van geneesmiddelen of voor metingen van portal bloeddruk.
Introduction
De gut-bloed barrière (GBB), ook bekend als de intestinale barrière, is een complex gelaagde systeem dat het lumen van de darm uit de bloedbaan scheidt om de passage van schadelijke stoffen beperken terwijl het toestaan van de absorptie van voedingsstoffen1. Het bestaat uit de drie lagen: de slijm laag epitheel en lamina propria.
Talrijke factoren kunnen van invloed zijn op de GBB integriteit en functie2. Het is aangetoond dat de GBB in zowel de extraintestinal als de gastro-intestinale ziekten, met inbegrip van de cardiovasculaire en metabole ziekten3, hetgeen tot een verhoogde passage van bacteriële metabolieten van de darm naar de bloedbaan4 leiden kanwordt verstoord. Een toegenomen penetratie van gut bacteriële metabolieten kan gevolgen hebben voor de werking van het hele organisme. Bijvoorbeeld, tonen recente studies een significant effect van bacteriële metabolieten, zoals indolen, H2S, korte-keten vetzuren (SCFA) en trimethylamine N-oxide, op de bloedsomloop functies5,6,7 ,8,9. Er is ten slotte voorgesteld dat een verhoogde permeabiliteit van de GBB kan dienen als een marker van cardiovasculaire en metabole ziekten die verband houden met de morfologische en functionele wijzigingen in de darmen10. Het bijhouden van het traject van de darm-portaal bloed-lever-systemische bloed van bacteriële metabolieten kan dus van belang voor zowel fundamentele en klinische wetenschappen.
Algemeen gebruikte experimentele methoden voor de evaluatie van GBB permeabiliteit zijn uitgevoerd in vitro met behulp van gereseceerd intestinale segmenten, fragmenten van mucosa of kunstmatige membranen11,12. De nauwkeurigheid van deze methoden is aangetast door het feit dat de goede werking van de GBB constante intestinale bloedstroom vereist. Aan de andere kant, is het beschikbaar in vivo -methoden zijn gebaseerd op de evaluatie van urine of perifeer bloed concentraties van exogene markeringen13. Echter, perifere bloed en urine concentratie van exogene stoffen wordt beïnvloed door de nierfunctie, dat wil zeggen, glomerulaire filtratie snelheid en tubulaire uitscheiding, alsmede door lever metabolisme, dat wil zeggen, first-pass metabolisme. Beide parameters kunnen studie onderwerpen onafhankelijk van de GBB functie sterk uiteen.
Dit witboek beschrijft een rechtstreekse meting van de permeabiliteit van de GBB in ratten met behulp van de portal bloedmonsters. Deze methode in vivo behoudt de intestinale doorbloeding en wordt vrijwel niet beïnvloed door de leverfunctie en nierfunctie. De beschreven aanpak wordt niet vaak gebruikt, mogelijk vanwege bepaalde methodologische problemen. We beschrijven in detail de catheterisatie van de ader van de portal en de vena cava inferior net boven de samenvloeiing van de hepatische ader. Bloedmonsters van de ader van de portal en de vena cava inferior kunt evaluatie van de GBB permeabiliteit en lever goedkeuring en opvolging van gut-portaal bloed-lever-systemische bloed traject van moleculen van belang, zoals de darm bacteriële metabolieten of medicijnen. Ook presenteren we verschillende toepassingen van de methode die werden getest in ons laboratorium. Het gaat hierbij om de evaluatie van de permeabiliteit van de dikke darm TMA, een gut bacteriële metaboliet, evaluatie van lever Goedkeuringvande TMA en evaluatie van een gut-portaal bloed-lever-systemische bloed weg van SCFA.
Om te beoordelen gut-bloed barrière permeabiliteit, volgt protocol moeten worden gevolgd, in volgorde: 1 (invoeging van de lijn voor intraintestinal overheden), 3 (portal vein catheterisatie), 4 (portal veneuze bloedmonsters ), 6 (administratie van een gut permeabiliteit marker), 4.
Om te beoordelen lever goedkeuring en een darm-portaal bloed-lever-systemische bloed weg, volgt protocol moeten worden gevolgd, in volgorde: 1 (invoeging van de lijn voor intraintestinal overheden), 2 (vena cava inferior catheterisatie), 3 (portal vein catheterisatie), 4 (portal veneuze bloedmonsters), 5 (vena cava inferior bloedmonsters), 6 (administratie van een gut permeabiliteit marker), 4, 5, 7 () berekening van de lever clearance).
Protocol
Representative Results
Discussion
De beschreven direct, in vivo, methode voor het meten van de permeabiliteit van de GBB onderhoudt closetophysiological voorwaarden in de gastro-intestinale systeem (behoudt de intestinale doorbloeding), en wordt vrijwel niet beïnvloed door de leverfunctie en nierfunctie.
De kritische stap van deze techniek is het inbrengen van de katheter in de portal. Dit moet gebeuren zachtjes en besluitvaardig op hetzelfde moment. Een milde en korte bloeden kan optreden van de correct uitgevoerde …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Het werk wordt ondersteund door het ministerie van Wetenschappen en hogeronderwijs Republiek Polen, Diamond verlenen neen: DI2017 009247.
Materials
| Needle OD: 9 mm | Becton Dickinson S.A. | 301300 | |
| Polyethylene catheter ID: 0.025", OD: 0.040" | Scientific Commodities, Inc. | #BB520-40 | |
| Polyethylene catheter ID: 0.012", OD: 0.025" | Scientific Commodities, Inc. | #BB520-25 | |
| C-Flex Tubing,Opaque White 1/50"ID x 1/12 " OD | Cole-Parmer Instrument Co. | 06424-59 | |
| Pediatric Foley catheter (size 10F or 8F) | Sigmed | 0000 80305 | |
| Surgical ligatures 3/0 | Yavo Sp. Z o.o. | P48JE | |
| Absorbable surgical sutures – Polyglactine 910 4/0 | KRUUSE Polska Sp. Zo.o. | 152336 | |
| Tissue glue – Loctite 454Cyanoacrylate Adhesive | Loctite | 1370127 | |
| Povidone iodine | EGIS Pharmaceuticals PLC | 4449 11 | |
| Heparin – Heparinium WZF | WZF Polfa S.A. | 02BK0417 | Dilute 10 times with physiological saline |
| Glycerin 86% | Laboratorium Farmaceutyczne Avena | 5.90999E+12 | Serves as a lubricant in colon catheterization |
| Xylocaine 2% | AstraZenca | 9941342 | |
| Urethane | Sigma-Aldrich (Merck) | U2500-500G | |
| Trimethylamine solution 45% | Sigma-Aldrich (Merck) | 92262-1L | |
| Syringes 2 mL | B.Braun Melsungen AG | 4606027V | |
| Saline 250 mL | Fraesenius Kabi Polska Sp. Z o.o. | 15LL707WL | |
| Surgical scissors, straight, length 115 mm, 4 1/2 "blunt ends | Braun | NS-010-115-PKM | |
| Artery forceps type Micro-Adson bent, length 140 mm 5 1/2 " | Braun | KN-008-140-ZMK | |
| Anatomic forceps, lenght 95 mm, 3 3/4" sharp 0.7×0.55 | Braun | PO-001-007-ZMK | |
| Micro Scissors type Vannas, straight, lenght 85 mm, 3 3/8 " the length of the blades 6 mm | Braun | NO-010-085-PMK | |
| Towel clamps type Backhouse, lenght 130 mm, 5 1/8" | Braun | HO-128-130-PMK | |
| Needle holders, lenght 150 mm, 6" t=0.4 1/2 | Braun | IM-927-150-PZMK | |
| Delicate Scissors, lenght 110 mm , straight, 4 3/8” sharp | Braun | NO-052-110-PMK | |
| Anatomic forceps, lenght 95 mm, 3 3/4" sharp | Braun | PO-022-001-PMK | |
Riferimenti
- Camilleri, M., Madsen, K., Spiller, R., Greenwood-Van Meerveld, B., Verne, G. N. Intestinal barrier function in health and gastrointestinal disease. Neurogastroenterology and Motility: The Official Journal of the European Gastrointestinal Motility Society. 24 (6), 503-512 (2012).
- Keita, A. V., Soderholm, J. D. The intestinal barrier and its regulation by neuroimmune factors. Neurogastroenterology and Motility: The Official Journal of the European Gastrointestinal Motility Society. 22 (7), 718-733 (2010).
- Farhadi, A., Banan, A., Fields, J., Keshavarzian, A. Intestinal barrier: an interface between health and disease. Journal of Gastroenterology and Hepatology. 18 (5), 479-497 (2003).
- Jaworska, K., et al. Hypertension in rats is associated with an increased permeability of the colon to TMA, a gut bacteria metabolite. PloS one. 12 (12), e0189310 (2017).
- Fujii, H., Nakai, K., Fukagawa, M. Role of oxidative stress and indoxyl sulfate in progression of cardiovascular disease in chronic kidney disease. Therapeutic Apheresis and Dialysis: Official Peer-Reviewed Journal of the International Society for Apheresis, the Japanese Society for Apheresis, the Japanese Society for Dialysis Therapy. 15 (2), 125-128 (2011).
- Tomasova, L., et al. Intracolonic hydrogen sulfide lowers blood pressure in rats. Nitric Oxide: Biology and Chemistry. 60, 50-58 (2016).
- Brahe, L. K., Astrup, A., Larsen, L. H. Is butyrate the link between diet, intestinal microbiota and obesity-related metabolic diseases?. Obesity Reviews: An Official Journal of the International Association for the Study of Obesity. 14 (12), 950-959 (2013).
- Ufnal, M., et al. Trimethylamine-N-oxide: a carnitine-derived metabolite that prolongs the hypertensive effect of angiotensin II in rats. The Canadian Journal of Cardiology. 30 (12), 1700-1705 (2014).
- Huc, T., Nowinski, A., Drapala, A., Konopelski, P., Ufnal, M. Indole and indoxyl sulfate, gut bacteria metabolites of tryptophan, change arterial blood pressure via peripheral and central mechanisms in rats. Pharmacological Research. 130, 172-179 (2018).
- Ufnal, M., Pham, K. The gut-blood barrier permeability – A new marker in cardiovascular and metabolic diseases?. Medical Hypotheses. 98, 35-37 (2017).
- Le Ferrec, E., et al. In vitro models of the intestinal barrier. The report and recommendations of ECVAM Workshop 46. European Centre for the Validation of Alternative methods. Alternatives to Laboratory Animals: ATLA. 29 (6), 649-668 (2001).
- Bohets, H., et al. Strategies for absorption screening in drug discovery and development. Current Topics in Medicinal Chemistry. 1 (5), 367-383 (2001).
- Grootjans, J., et al. Non-invasive assessment of barrier integrity and function of the human gut. World Journal of Gastrointestinal Surgery. 2 (3), 61-69 (2010).
- Bielinska, K., et al. High salt intake increases plasma trimethylamine N-oxide (TMAO) concentration and produces gut dysbiosis in rats. Nutrition. 54, 33-39 (2018).
- Clarke, L. L. A guide to Ussing chamber studies of mouse intestine. American journal of physiology. Gastrointestinal and Liver Physiology. 296 (6), G1151-G1166 (2009).
- Denno, D. M., et al. Use of the lactulose to mannitol ratio to evaluate childhood environmental enteric dysfunction: a systematic review. Clinical Infectious Diseases: An Official Publication of the Infectious Diseases Society of America. 59 Suppl 4, S213-S219 (2014).
- Lugea, A., Salas, A., Casalot, J., Guarner, F., Malagelada, J. R. Surface hydrophobicity of the rat colonic mucosa is a defensive barrier against macromolecules and toxins. Gut. 46 (4), 515-521 (2000).
- Bloemen, J. G., et al. Short chain fatty acids exchange across the gut and liver in humans measured at surgery. Clinical Nutrition. 28 (6), 657-661 (2009).
- Huc, T., et al. Colonic hydrogen sulfide produces portal hypertension and systemic hypotension in rats. Experimental Biology and Medicine. 243 (1), 96-106 (2018).
