İnce bağırsağın farklı boyutlardaki partikülleri nasıl işlediğini incelemek için, ince bağırsak geçişini belirlemek için yerleşik bir in vivo yöntemi değiştirdik.
Gastrointestinal (GI) motilitesi normal sindirim ve emilim için kritik öneme sahiptir. Besinleri emen ince bağırsakta, hareketlilik sindirim ve emilimi optimize eder. Bu nedenle, ince bağırsaktaki hareketlilik modellerinden bazıları, luminal içeriklerin karıştırılması için segmentasyon ve itici güçleri için peristalsis içerir. Luminal içeriğin fiziksel özellikleri, ince bağırsak hareketliliğinin kalıplarını modüle eder. GI mekanosensoriyel devrelerinin luminal içerikleri ve altta yatan bağırsak hareketliliğini geçirerek mekanik olarak uyarılması, karmaşık GI motor paternlerini başlatır ve modüle eder. Yine de, bu süreci yönlendiren mekanosensoriyel mekanizmalar tam olarak anlaşılamamıştır. Bu öncelikle ince bağırsağın farklı fiziksel özelliklere sahip materyalleri nasıl işlediğini incelemek için gerekli araçların eksikliğinden kaynaklanmaktadır. İnce bağırsağın farklı boyutlardaki partikülleri nasıl işlediğini incelemek için, ince bağırsak geçişini belirlemek için yerleşik bir in vivo yöntemi değiştirdik. Canlı fareleri floresan sıvı veya küçük floresan boncuklarla besliyoruz. 30 dakika sonra, floresan içeriğinin GI yolunun tamamı boyunca dağılımını görüntülemek için bağırsakları diseke ediyoruz. Geometrik merkezin yüksek çözünürlüklü ölçümlerine ek olarak, farklı malzemelerin ince bağırsak geçişini nasıl etkilediğini belirlemek için değişken boyutlu gruplama ve spektral analiz kullanıyoruz. Yakın zamanda keşfedilen bir “bağırsak dokunuşu” mekanizmasının bu yaklaşımı kullanarak ince bağırsak hareketliliğini nasıl etkilediğini araştırdık.
İnsan gastrointestinal (GI) sistemi, kabaca farklı boyutlarda ve fiziksel özelliklerde bir tüp olarak yaklaşık olarak yaklaşık olarak çok ayak uzunluğunda bir organ sistemidir1. İçerikler uzunluğu boyunca hareket ettikçe, GI yolunun birincil işlevi yaşam için kritik olan maddeleri emmektir. İnce bağırsak özellikle besin emiliminden sorumludur. İnce bağırsağın geçişi, sindirim ve emilim fonksiyonlarına uyacak şekilde sıkı bir şekilde düzenlenir ve bu da çeşitli hareketlilik modellerine neden olur. Bayliss ve Starling, 1899’da “bağırsak yasasını”2 tanımladılar ve bugün peristaltik refleks olarak bilinen bağırsaktaki kasılma tahrik programını gösterdiler; gıda bolusuna yakın segment onu ileriye doğru itmek için büzülür ve distal segment onu almak için gevşer. Teorik olarak, bu model tek başına materyali oral olarak taşımak için yeterli olabilir, ancak bir yüzyıldan fazla süren araştırmalar, GI kanalındaki kasılma aktivitesinin daha karmaşık bir resmini çizmiştir. İnsanlarda üç ince bağırsak hareketlilik periyodu tanınır: göç eden motor kompleksi (MMC), açlık dönemi ve postprandiyal dönem3. Aynı modeller farelerdede bildirilmiştir 4,5. MMC, çoğu memelide korunan döngüsel bir motor modelidir 6,7. MMC, fonksiyonel GİS bozukluklarında yararlı bir klinik belirteç görevi gören karakteristik dört fazlı bir paterne sahiptir7. Dört faz, oluşum sırasına göre, (I) sessizlik, (II) düzensiz, düşük genlikli kasılmalar, (III) düzenli yüksek genlikli kasılmalar ve (IV) azalan aktivitenin rampa aşağı periyodu7’dir. MMC, oruç dönemi3’ün ana motor modelini işaretler. Oruç döneminin MMC’leri, bir sonraki öğüne hazırlanırken ince bağırsağın içeriğini temizler.
Postprandiyal dönemin motor paternleri sindirim ve emici fonksiyonlar için optimize edilmiştir3. Kalorik bileşimden bağımsız olarak, ilk transit ince bağırsak boyunca hızlıdır, içerikler bağırsağın uzunluğu boyunca yayılır ve transit daha sonra8’i yavaşlatır. Emilim, temas yüzeyi alanını artırarak ve ikamet süresini artırmak için yavaşlatarak optimize edilir. Besinler lümenin içine girdikten sonra, baskın patern yakın (<2 cm arayla) koordine edilmemiş kasılmalardan (segmentleme kasılmaları) oluşur ve ince bağırsağın tüm uzunluğunu kapsayan birkaç üst üste binmiş büyük genlikli kasılmalar (peristaltik kasılmalar)9. Segmentleme kasılmaları, intraluminal içeriği yerinde karıştırır. Ara sıra büyük peristaltik kasılmalar, içeriği kolona doğru iter.
MMC’lere bu geçişin zamanlaması, gıda hacmine ve kalorik bileşime bağlıdır10. Böylece, ince bağırsak, hareketlilik dönemleri arasında ne zaman geçiş yapılacağını düzenlemek için luminal ipuçlarını örnekler. Luminal içeriklerin fiziksel özellikleri 11, luminal hacim ve duvar gerilimi gibi mekanik ipuçları, GI duvarı 12,13,14,15,16’daki mekanoreseptör hücreleri devreye sokar. Gerçekten de, bir yemeğin katı bileşeninin arttırılması, ince bağırsak geçişinde bir artışa yol açar17. İntraluminal içeriğin sıvı veya katı hali gibi fiziksel özelliklerin, GI duvarı18’de ürettikleri çeşitli kuvvetler nedeniyle farklı mekanoreseptörleri devreye sokması gerektiğini düşünüyoruz.
İnsanlarda in vivo GI transitini ölçmek için altın standart, farelerde olduğu gibi, mideden çıkarken veya kolon19,20 boyunca geçerken sintigrafi ile ölçülen radyoaktif izleyicilerin kullanılmasıdır. Memelilerde, ince bağırsak öngörülemeyen şekillerde döngü yaparak, ince bağırsağın in vivo olarak güvenilir bir şekilde görüntülenmesini zorlaştırır, ancak ilerleme kaydedilmektedir21. Ayrıca, şu anda ince bağırsağın farklı özelliklere ve boyutlara sahip partikülleri nasıl işlediğini ölçmek için araç eksikliği vardır. Buradaki başlangıç noktası, ince bağırsak transiti22,23,24 vebariyer fonksiyonu 22 çalışmasını standartlaştıran altın standart bir teknikti. Floresan bir malzeme ile farelerin gavaging edilmesi, GI hareketliliğinin malzemeyi taşımasını beklemek, GI kanalını eksize etmek, mideden kolona kadar birkaç bölüme ayırmak, floresan niceliği için intraluminal içeriği bölümlemek ve homojenize etmekten oluşur. İki iyileştirme yaptık. İlk olarak, ince bağırsağın fiziksel parçacıkları nasıl dağıttığını belirlemek için gavaged içeriğinin makyajını floresan mikroskobik boncuklar içerecek şekilde değiştirdik. İkincisi, mideden kolon ex vivo’ya kadar tüm GI yolunu görüntüleyerek uzamsal çözünürlüğü geliştirdik ve analizimizi hayvanlar arasında standartlaştırmak için değişken boyutlu bağlama kullandık. Bunun, postprandiyal faz sırasında itici ve segmentleme kasılmalarının dengesi hakkında yeni bilgiler ortaya koyduğunu varsayıyoruz.
GI yolu, kan damarları gibi diğer boru şeklindeki organlar gibi, homeostazı korumak için mekanik sensörler ve efektörler gerektirir26,27,28. Bununla birlikte, GI yolu, onu geçen malzemelerin fiziksel özelliklerinin öğünler arasında sabit olmaması bakımından benzersizdir. Çeşitli fiziksel özelliklerin (katı, sıvı ve gaz) intraluminal içeriği bağırsaktan geçerek GI mekanoreseptörlerine farklı mekanik g…
The authors have nothing to disclose.
İdari yardım için Bayan Lyndsay Busby’ye ve medya desteği için Bay Joel Pino’ya teşekkür ederiz. NIH hibeleri bu çalışmayı destekledi: DK123549, AT010875, DK052766, DK128913 ve Mayo Clinic Gastroenterolojide Hücre Sinyalizasyonu Merkezi (DK084567).
C57BL/6J mice | Jackson Laboratory | 664 | other mice can be used with this protocol |
Dissection tools | n/a | n/a | |
Excel software | Microsoft | n/a | used for spreadsheet analysis |
Fluorescent Green Polyethylene Microspheres 1.00g/cc 75-90um – 10g | Cospheric | UVPMS-BG-1.00 75-90um – 10g | "smaller beads" in the manuscript |
Fluorescent Green Polyethylene Microspheres 1.00g/cc 180-212um – 10g | Cospheric | UVPMS-BG-1.00 180-212um – 10g | "larger beads" in the manuscript |
Gavage needles | Instech | FTP-18-50-50 | |
ImageJ software | n/a | n/a | used to extract fluorescence profile |
Laminated ruler paper (prepared in-house) | n/a | n/a | |
Methyl cellulose (viscosity: 400 cP) | Sigma | M0262 | |
Photoshop software | Adobe | n/a | used for image processing |
Rhodamine B isothiocyanate-Dextran | Sigma | r8881-100mg | "liquid" condition in the manuscript |
Xenogen IVIS 200 | Perkin Elmer | 124262 | In vivo imaging system |