In vitro Caratterizzazione funzionale del topo colorettale Afferent Endings
Summary
This video demonstrates a protocol for conducting single-fiber electrophysiological recordings on an in vitro mouse colorectum-nerve preparation.
Abstract
Questo video dimostra in dettaglio una singola fibra protocollo registrazione elettrofisiologica in vitro utilizzando un preparato del mouse colon-retto-nervo. L'approccio permette l'identificazione imparziale e caratterizzazione funzionale delle singole afferenze del colon-retto. Registrazioni extracellulari di potenziali d'azione propagate (AP) che provengono da uno o pochi afferente (cioè, singolo-fibra) campi recettivi (RFS) del colon-retto sono costituiti da fasci di fibre nervose presi in giro. Il colon-retto viene rimosso sia con il bacino (PN) o splanchnic lombare (LSN) nervo collegato e aperta longitudinalmente. Il tessuto viene posto in una camera di registrazione, bloccato piatta e perfuso con soluzione di Krebs ossigenata. Stimolazione elettrica focale viene utilizzato per individuare le terminazioni afferenti colorettali, che vengono ulteriormente testati da tre stimoli meccanici distinti (smussare sondaggio, mucosa carezze e tratto circonferenziale) di categorizzare funzionalmente le afferenze in cinque mechanosensiclassi tive. Endings rispondono a nessuno di questi stimoli meccanici sono classificati come afferenze meccanico-insensitive (MIAS). Sia meccanosensibili e MIAS possono essere valutati per la sensibilizzazione (ad esempio, la risposta maggiore, soglia ridotta, e / o acquisizione di mechanosensitivity) per esposizioni localizzate del RFs ai prodotti chimici (per esempio, la zuppa infiammatoria (IS), la capsaicina, l'adenosina trifosfato (ATP)). Descriviamo l'apparecchio e la preparazione registrazione colorectum-nervo, raccolta di colon-retto con annesso PN o LSN, identificazione del RFs nel colon-retto, registrazione singola fibra da fasci nervosi, e l'applicazione localizzata di prodotti chimici per l'RF. Inoltre, le sfide della preparazione e l'applicazione di stimolazione meccanica standardizzati vengono anche discussi.
Introduction
Il dolore e ipersensibilità sono le lamentele predominanti dei pazienti affetti da disturbi gastrointestinali funzionali, tra cui la sindrome dell'intestino irritabile (IBS), che esistono in assenza di apparenti cause patobiologico o danni ai tessuti. Ad esempio, i pazienti IBS presentano ipersensibilità, comprese reazioni accresciute a rettale distensione palloncino e una maggiore sensibilità durante la normale funzione intestinale, così come ipersensibilità di rinvio somatiche (ossia, la tenerezza alla palpazione della zona addominale) 1. Perché il targeting afferenze colorettali ha dimostrato di essere efficace per alleviare il dolore e ipersensibilità in pazienti con IBS (ad esempio, l'instillazione intra-rettale di anestetici locali 2,3; ingestione orale della guanilato ciclasi C-agonisti linaclotide 4-6), una migliore comprensione della innervazione afferente del colon-retto è importante.
Afferenze viscerali, tra cui afferenze del colon-retto, Sono in grado di rispondere alle modalità chimici / di nutrienti e termiche (ad esempio, 7-9). Tuttavia, afferenze viscerali che rispondono a stimoli meccanici (cioè, afferenze meccanosensibili) sono stati i più studiato a fondo, perché gli stimoli meccanici (ad esempio, distensione luminale, tratto) sono quelle che generalmente danno luogo a sensazioni coscienti, tra cui il disagio e il dolore 10-16. Inoltre, i visceri sono innervate da afferenze meccanicamente insensibili (MIAS), comunemente definiti silenziosi o dormire nocicettori 17. In condizioni fisiologiche normali, MIAS non rispondere alla stimolazione meccanica o abbia una grande risposta soglie 18, ma possono diventare attivi e acquisire mechanosensitivity in condizioni fisiopatologiche e contribuire alla ipersensibilità.
Utilizzando la preparazione in vitro e il protocollo descritto qui, abbiamo sviluppato ed impiegato una strategia di stimolo elettrico al mare RCH per terminazioni ricettive, atti a identificare imparziale di entrambe le terminazioni meccanosensibili e MIA nel colon-retto 19. L'innervazione del colon-retto è derivato da splanchnic lombare (LSN) e del nervo pelvico (PN) percorsi, e include afferenze del colon che possono essere classificati in cinque classi meccanosensibili (sierose, mucose, muscoloso, muscoloso-mucosa, mesenterici) e una classe MIA 20. Utilizzando questa preparazione in vitro, abbiamo scoperto che MIAS colorettali mechanosensitivity acquisita (sensibilizzazione) a seguito di una breve esposizione dei loro campi recettivi ad una zuppa infiammatoria (IS), che ha sensibilizzato il 71% del MIAS nella via PN e il 23% del MIAS nella via LSN 19. Abbiamo anche documentato sensibilizzazione a lungo termine (fino a 28 giorni) del MIAS nel contesto di lunga durata ipersensibilità viscerale comportamentale (cioè, nei topi che ricevono trattamenti intracolonic con zymosan 21 o acido 2,4,6-trinitrobenzensulfonico (TNBS) 22) .
jove_content "> Tra afferenze meccanosensibili, afferenze muscolari e muscolo-mucose sono le uniche classi che tonicamente codificano tratto circonferenziale del colon-retto (cioè, sono stiro-sensitive) e Subserve la codifica dei nocivi distensione colorettale 23,24. Utilizzando un controllato dal computer Attuatore di forza, abbiamo applicato uno standard, omogenea, e riproducibile tratto rampa in direzione circonferenziale del tessuto colorettale appiattita e ulteriormente classificati afferenti tratto-sensibili, bassa soglia e ad alta soglia 23. Inoltre, l'andamento temporale della sensibilizzazione di stiramento afferenze -sensitive dopo zymosan intracolonic 21 o 22 TNBS trattamento corrisponde alla insorgenza, la persistenza, e / o il recupero dei comportamentale ipersensibilità viscerale, suggerendo un ruolo di afferenze colorettali tratto sensibile nel dolore viscerale e ipersensibilità.Protocol
Representative Results
Discussion
La vitro preparazione colon-retto-nervo qui descritta ha dimostrato di essere un approccio efficace per studiare le funzioni di codifica neurale delle singole afferenze del colon-retto, che integra ben altri approcci non funzionali (ad esempio, studi cellulari, molecolari e istologiche) sui neuroni sensoriali viscerali ( vedi recensione 27 per i dettagli). Meccanismi neuronali che contribuiscono alla nocicezione e ipersensibilità colorettale a lungo termine sono stati rivelati e ma…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Supported by NIH award R01 DK093525 (GFG). We greatly appreciate the scientific review and grammatical editing of the manuscript by Dr. Amber Shaffer (University of Pittsburgh) and thank Michael Burcham for assistance in preparation of figures.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| Leica MZ16 stereo microscope | Leica Microsystems Inc. | ||
| Leica IC D camera | Leica Microsystems Inc. | ||
| Amplifier | World Precision instruments, Inc. | SYS-DAM80 | Low-noise differential amplifier |
| Two-compartment tissue chamber | Custom made | ||
| Power1401 | Cambridge Electronic Design Limited | Power1401 | Data acquisition, analog signal input/out |
| Spike2 v5.02 | Cambridge Electronic Design Limited | Software package that works with the Power1401 | |
| Audio monitor | Natus | Am 8 | |
| Square pulse stimulator | Natus | S48 | To deliver electrical stimuli |
| Photoelectric isolation unit | Natus | PSIU6 | Stimulus isolation to reduce noise |
| Concentric bipolar microelectrode | FHC Inc. | CBFFG75 | To deliver electrical stimuli |
| Dual-mode lever system | Aurora Scientific Inc. | Series 300C | To deliver mechanical stimuli |
| forceps | Fine Science Tools | 11252-00 | forceps with fine tips |
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